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GALAXIENHAUFEN
Mit Hubble der dunklen Materie auf der Spur
Redaktion
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21. Juli 2003

120 Stunden hat ein internationales Forscherteam einen Galaxienhaufen mit Hilfe des Weltraumteleskops Hubble beobachtet. Ziel war es, hinter die Verteilung der mysteriösen Dunklen Materie zu kommen, die den Galaxienhaufen zusammenhält. Ganz ohne Tricks gelang das den Astronomen allerdings nicht.

Abell 2218

Hubble-Aufnahme eines Galaxienhaufens (hier: Abell 2218). Gut zu erkennen ist der Gravitationslinsen-Effekt, den sich auch die Forscher aus Bonn zu Nutze machten. Foto:  NASA, Andrew Fruchter und das ERO Team (Sylvia Baggett (STScI), Richard Hook (ST-ECF), Zoltan Levay (STScI))

Einem internationalen Astronomenteam ist es mit Hilfe eines Tricks erstmalig gelungen, die Verteilung der Dunklen Materie in einem Galaxienhaufen genau zu bestimmen. Die Wissenschaftler benötigten zu ihrem Ergebnis über 120 Beobachtungsstunden am Hubble-Teleskop - mehr Zeit, als von den Betreibern des Weltraum-Fernrohrs jemals zuvor für die Erforschung eines Galaxienhaufens zur Verfügung gestellt worden war. Die Entdeckung, an der auch ein Wissenschaftler der Universität Bonn beteiligt ist, verbessert das Verständnis, wie sich derartige Ansammlungen Tausender Galaxien mit jeweils mehreren Milliarden Sternen bilden konnten.

Galaxienhaufen sind die größten stabilen Systeme des Universums. Schon im Jahr 1937 kam der gebürtige Schweizer Fritz Zwicky zu dem Schluss, dass die sichtbaren Komponenten des Galaxienhaufens - die Tausenden von Galaxien mit jeweils Milliarden von Sternen - nur einen kleinen Bruchteil seiner Gesamtmasse ausmachen. Etwa 80 bis 85 Prozent ihrer Materie leuchtet nicht und bleibt daher im Teleskop unsichtbar - die so genannte "Dunkle Materie". Sie hält mit ihren Gravitationskräften den Galaxienhaufen zusammen und fungiert so als eine Art Kitt. "Worum es sich dabei genau handelt, wissen wir nicht", sagt Dr. Oliver Czoske vom Bonner Institut für Astrophysik und Extraterrestrische Forschung. "Es gibt aber Hinweise, dass es sich um eine bislang noch unbekannte Form von Materie handelt."

Um den rätselhaften Kitt sichtbar zu machen, greifen Astronomen zu einem Trick: Materie kann aufgrund der Masseanziehung Lichtstrahlen ablenken - ähnlich wie eine optische Linse. Die Forscher beobachteten daher Galaxien hinter dem Haufen und untersuchten, wie sich ihre Form durch diesen so genannten "Gravitationslinsen-Effekt" änderte. Ihr Kalkül: Je stärker das Bild einer dahinterliegenden Galaxie verzerrt wird, desto größer ist die Masse, die das von ihr ausgehende Licht auf dem Weg zum Teleskop passieren muss.

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Die Idee ist an sich nicht neu, steht und fällt aber mit der Qualität der Bilder. Selbst Teleskope auf den höchsten Berggipfeln kämpfen aber mit dem störenden Einfluss der Erdatmosphäre. Das satellitengestützte Hubble-Teleskop - betrieben von NASA und ESA - kennt diese Probleme nicht; es liefert daher deutlich schärfere Aufnahmen. Die Forscher konnten so erstmals Ergebnisse einer Computersimulation stützen, nach der die Dunkle Materie vor allem im Zentrum des Galaxienhaufens lokalisiert ist. Manche Wissenschaftler waren bislang davon ausgegangen, dass sich auch in den Randbezirken große "Reservoirs" unsichtbarer Materie befinden. Außerdem scheint die Dunkle Materie gehäuft in der Nähe von Galaxien vorzukommen, die gerade von dem Galaxienhaufen "geschluckt" werden. "Auch Galaxien enthalten bereits Dunkle Materie", so Dr. Czoske, "sonst wäre ihre Masse zu klein, als dass sie Sterne zusammenhalten könnte." Wird eine Galaxie von einem Galaxienhaufen geschluckt, streift sie einen Teil der von ihr mitgebrachten Dunklen Materie ab, der dann in den "Besitz" des Haufens übergeht. "Wie das im Detail funktioniert, wissen wir noch nicht", gibt Dr. Czoske zu. Weitere Beobachtungen sind aber geplant.

An den Untersuchungen waren neben dem Bonner Astrophysiker auch Forscher aus den USA, England und Frankreich beteiligt. Die Gruppe möchte nun noch in diesem Jahr einen zweiten Galaxienhaufen unter die Lupe zu nehmen. Dabei soll dann eine neue Kamera des Hubble-Teleskops zum Einsatz kommen, die um den Faktor zehn effizienter arbeitet und mit der sich die Masseverteilung noch genauer räumlich auflösen lässt.

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