Geheimnisvoller Stoff Erste Eckdaten der dunklen Materie gefunden

Dunkle Materie macht etwa vier Fünftel der Materie des Universums aus - konnte aber bisher noch nie direkt nachgewiesen werden. Forscher glauben nun, erste Eckdaten der geheimnisvollen Substanz zu besitzen - nachdem sie zwölf Galaxien gewogen haben.


Ihre Teilchen sind viel beweglicher als vermutet. Sie kommt in minimal 1000 Lichtjahre durchmessenden Blasen vor. Und viel heißer als gedacht ist der geheimnisvolle Bestandteil des Universums auch noch, folgern Forscher aus ihren Messungen.

Es ist das erste Mal, dass Astronomen Kenngrößen der dunklen Materie berechnet haben. Der bisherige Wissensstand der Forschergemeinde war schlicht, dass es sie geben muss: Bestünde das Universum bloß aus der sichtbare Materie, dann würden fundamentale physikalische Gleichungen nicht aufgehen. Zum Beispiel rotieren die Galaxien so schnell, dass sie auseinanderfliegen müssten - hielte sie nicht eine große, unbekannte Kraft zusammen: die der dunklen Materie.

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Dunkle Materie: Suche nach dem geheimnisvollen Stoff

Astrophysiker haben aus den Missverhältnissen abgeleitet, dass die Gesamtmasse des Universums zu etwa 75 Prozent aus dunkler Energie, zu rund 20 Prozent aus dunkler Materie und zu 5 Prozent aus normaler Materie besteht. Das war's bislang.

Gerard Gilmore, stellvertretender Direktor des Institute of Astronomy in Cambridge, und sieben Kollegen der Universitäten Basel, Cambridge und Honululu glauben nun, die Kosmologie einen Schritt voran gebracht zu haben. Eine detaillierte, bislang unveröffentlichte Studie über das interne Spiel der Kräfte in zwölf kleinen Spiralgalaxien der lokalen Gruppe ist die Grundlage ihrer Berechnungen.

"Wie wir hoffen, ist das ein nützlicher Hinweis bezüglich des am weitesten verbreiteten Materietyps im Universum", sagte Gilmore zu SPIEGEL ONLINE. "Ein Schritt in Richtung eines Verständnisses der Realität. Nur ein kleiner natürlich, aber ein Schritt."

Gewicht der Galaxien enthüllt dunkle Kräfte

Mit mehreren 8-Meter-Teleskopen auf dem Gipfel des chilenischen Berges Paranal beobachteten die Forscher insgesamt 23 Nächte lang die Galaxien in unserer Nachbarschaft. Aus 7000 Einzelmessungen erstellten sie dreidimensionale Rechenmodelle. Weil diese auch die Bewegung der einzelnen Sterne enthielten, kann man daraus auch den Einfluss der im Verborgenen wirkenden dunklen Materie berechnen: welches Gewicht sie haben muss, um die Galaxien zusammen zu halten.

Die Ergebnisse fordern teilweise die bislang geltenden Vermutungen über die dunkle Materie heraus oder widersprechen ihr gar: Dunkle Materie kommt demnach in einer Art kleinster möglicher Menge vor. Und die ist ziemlich groß. Die Autoren sprechen von Blasen mit rund 1000 Lichtjahren Durchmesser. Kleiner lasse sich eine Ansammlung dieses Stoffs nicht komprimieren.

Zudem sei die dunkle Materie viel heißer als gedacht, denn die Teilchen bewegen sich der Studie zufolge viel schneller als bisher vermutet und erzeugen dadurch Wärme. Anhand der maximalen Kompression der Blasen konnten Gilmore und Kollegen berechnen, dass die Partikel neun Kilometer pro Sekunde zurücklegen können. Diese überraschend hohe Geschwindigkeit würde einer Temperatur im Bereich von 10.000 Grad Celsius oder mehr entsprechen. Nicht zu verwechseln ist das mit jener Hitze, die von der sichtbaren Materie bekannt ist und die sich durch Infrarotstrahlung bemerkbar macht.

Hinweise zur Detektion der unsichtbaren Masse

"Diese Ergebnisse werden uns natürlich helfen, direkte Detektions-Experimente zu verfeinern, die nach jedweder Interaktion zwischen dunkler und normaler Materie fahnden", sagte Gilmore.

Die BBC zitierte Bob Nichol, Professor für Gravitation und Kosmologie in Portsmouth, mit der Einschätzung, die Arbeit habe "große Bedeutung" für die Suche nach den mysteriösen Partikeln. "Falls diese 'Temperatur' für die dunkle Masse korrekt ist", schränkte er jedoch ein.

Denn der Aufsatz der Astronomen, dessen Vorabversion SPIEGEL ONLINE vorliegt, wurde bislang bei keinem Fachjournal und damit auch bei keiner Gutachterkommission zur fachlichen Überprüfung eingereicht. Gilmore gab an, dass die Gruppe in wenigen Wochen eine Endfassung bei einem führenden Fachmagazin vorlegen werde. Doch bis zu einer Prüfung und der anschließenden Veröffentlichung müssen die Ergebnisse und die Folgerungen als vorläufig gelten, unabhängig von den wohlklingenden Namen der Autoren.

Eine gänzlich unerwartete Erkenntnis über die aus normaler Materie bestehende Welt lieferte das Projekt nebenher: Unsere Milchstraße ist die schwerste Galaxie der lokalen Gruppe. Bislang galt Andromeda als Schwerste in der näheren Nachbarschaft. Die präzise Gewichtsmessung zeigte nun: Unsere Heimatspirale bringt mehr auf die Waage.

Stefan Schmitt



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