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DUNKLE MATERIE
Astronomen entdecken dunkle Zwerggalaxien
von Stefan Deiters
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21. Mai 2002

Kosmologische Modelle sagen um große Galaxien einen Schwarm von Zwerggalaxien voraus, die überwiegend aus dunkler Materie bestehen. Beobachtet wurden diese dunklen Satelliten bis heute noch nicht, doch glauben zwei amerikanische Astronomen nun, eindeutige Beweise für ihre Existenz gefunden zu haben.

MG 0414+534

Das Bild des Quasars MG 0414+534 ist durch den Gravitationslinseneffekt gleich mehrfach zu sehen. Schuld ist eine massereiche Galaxie im Vordergrund. Bild: E. Falco et al., CfA

Zwei amerikanische Astronomen haben Beweise dafür entdeckt, dass Galaxien von einem Halo aus Hunderten von dunklen und somit unsichtbaren Zwerggalaxien umgeben sein könnten. Dieser Fund, der in der Juni-Ausgabe des Astrophysical Journal, detailliert erläutert wird, unterstützt eine Theorie, nach der die meiste Materie in Universum in Form von so genannter kalter dunkler Materie zu finden ist.

Neal Dalal von der Universität von Kalifornien in San Diego und Christopher Kochanek vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik im amerikanischen Cambridge stützen ihre Untersuchung auf die Analyse von Bilder so genannter Gravitationslinsen. Nach Einsteins Gravitationstheorie kann eine große Ansammlung von Materie - wie etwa eine große Galaxie - das Licht von weiter entfernten Objekten ähnlich wie eine Linse ablenken. Als Konsequenz sieht man von einem entfernten Objekt plötzlich mehrere identische Abbilder, deren Anzahl und Aussehen etwas über die Verteilung der Materie in der Galaxie verrät, die für den Effekt verantwortlich ist. Das ist insbesondere dann interessant, wenn diese Galaxie von vielen kleineren Zwerggalaxien umgeben ist: Dann kann nämlich eines der Abbilder des entfernten Objektes sehr viel heller sein als die übrigen, nämlich genau dann, wenn die kleine Zwerggalaxie in der Sichtlinie zwischen uns und dem entfernten Objekt liegt.

Dalal und Kochanek haben nun sieben verschiedene Galaxien untersucht, deren Masse jeweils das Licht von Hintergrundobjekten in vier verschiedene Bilder aufgespaltet hatte. Sie errechneten, dass etwa zwei Prozent der Materie in den untersuchten Galaxien in Zwerggalaxien vorhanden sein muss. Nur so könne man nämlich die beobachteten Helligkeitsschwankungen in den Abbildern erklären. Dieses Ergebnis ist vor allem für Astronomen bedeutend, die sich mit der Entstehung von Galaxien nach dem Urknall beschäftigen. Nach den favorisierten kosmologischen Modellen handelt es sich bei etwa 80 bis 90 Prozent der Materie im Universum um dunkle Materie. Dabei denken die Forscher meist an eine unbekannte Form von Elementarteilchen, die sich nur durch ihre Gravitationswirkung verraten, aber sonst fast gar nicht mit normaler Materie wechselwirken.

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Dunkle Materie kommt in den Theorien der Astronomen in zwei verschiedenen "Geschmacksrichtungen" vor: als kalte und heiße dunkle Materie. Die Wissenschaftler favorisieren derzeit kalte dunkle Materie, die sich nur sehr langsam bewegt und sich deswegen leicht unter Einfluss der Gravitation zu Galaxien zusammentun kann. Doch bislang gab es ein Problem: In den Simulationen mit kalter dunkler Materie konnte man bislang zwar immer die Entstehung von Galaxien wie etwa unsere Milchstraße beobachten, doch wurden die Galaxien in den Modellrechnungen auch immer von einen Schwarm aus Zwerggalaxien begleitet, den man bislang nicht gefunden hat. Das hatte sogar dazu geführt, dass einige Astronomen schon nicht mehr an dieses Modell glaubten.

"Die Tatsache, dass man bislang zu wenig Satellitengalaxien um große Galaxien entdeckt hat, war ein sehr schwerwiegendes Argument gegen die Theorien mit kalter dunkler Materie", so Dalal. "Unser Ergebnis ist daher eine gute Verteidigung der Theorie." Allerdings bleiben Unwägbarkeiten: Wenn diese dunklen Zwerggalaxien - wie es die Theorie voraussagt - aus zehn bis 20 Prozent normaler Materie bestehen, müsste man in ihnen auch Sterne sehen. "Es ist schwer so viel Materie zu verstecken", meint Dalal. Das zur Bildung von Sternen nötige Gas könnte, so ein Ausweg, allerdings bei der Entstehung der Galaxie verloren gegangen sein. 

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