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CHANDRA
Neue Rätsel um Dunkle Materie
von Stefan Deiters
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17. August 2007

Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra lassen die Astronomen zweifeln, ob ihre bisherigen Vorstellungen über Dunkle Materie zutreffend sind. Mit dem Teleskop beobachteten die Wissenschaftler die Folgen einer Kollision von zwei Galaxienhaufen und entdeckten dabei einen Kern aus Dunkler Materie, in dem es nahezu keine Galaxien gibt. Verhält sich Dunkle Materie also ganz anders als bislang angenommen?

Abell 520

Der Galaxienhaufen Abell 520. Das von Chandra beobachtete heiße Gas ist rot dargestellt, die Massenverteilung (hauptsächlich Dunkelmaterie) blau.  Bild:  NASA / CXC / UVic. / A.Mahdavi et al. (Röntgen),  CFHT / UVic. / A.Mahdavi et al. (optisch, Lensingdaten) [Großansicht]

"Diese Ergebnisse stellen unser bisheriges Wissen darüber, wie Galaxienhaufen verschmelzen in Frage", macht Dr. Andisheh Mahdavi von der University of Victoria in British Columbia die Bedeutung der Beobachtungen deutlich. "Vielleicht müssen wir auch unsere Überzeugungen über die Natur der Dunkelmaterie überdenken." Galaxienhaufen bestehen nach Ansicht der Astronomen aus drei Komponenten: aus Galaxien mit vielen Milliarden Sternen, aus heißem Gas zwischen den Galaxien und eben aus Dunkler Materie, die den größten Teil der Masse des Galaxienhaufens ausmacht und sich nur durch ihre Gravitationswirkung verrät.

Mit optischen Teleskopen kann man die Galaxien selbst erkennen, aber auch Informationen über die Dunkle Materie erhalten: Die Massenkonzentration der Dunklen Materie in einem Galaxienhaufen hat nämlich Einfluss auf das Licht von Galaxien, die - von uns aus gesehen - hinter dem Galaxienhaufen liegen. Das Licht der fernen Galaxien wird abgelenkt und aus dieser Ablenkung kann man auf die Massenverteilung und auf die Dunkelmaterie selbst schließen. Röntgenteleskope wie Chandra liefern schließlich Informationen über das mehrere Millionen Grad heiße Gas zwischen den Galaxien.

Die bisherigen Theorien gingen davon aus, dass Dunkle Materie und Galaxien zusammenbleiben - auch dann, wenn die entsprechenden Galaxienhaufen in eine Kollision verwickelt sind. So hatte es Chandra beispielsweise (wie berichtet) im vergangenen Jahr im Galaxienhaufen 1E 0657-56 beobachtet, der auch Bullet-Cluster (also Geschoß-Haufen) genannt wird. Doch als die Astronomen Daten von Chandra, dem Subaru-Teleskop und dem Canada-France-Hawaii-Telescope des Galaxienhaufens Abell 520 auswerteten, ergab sich ein anderes Bild: Sie entdeckten einen Kern aus Dunkler Materie, in dem es zwar auch heißes Gas gab, jedoch keinerlei Galaxien.

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"Das hat uns wirklich umgehauen. Es sieht so aus, als seien die Galaxien aus dem Bereich mit der höchsten Konzentration an Dunkler Materie entfernt worden", so Dr. Hendrik Hoekstra, der auch an der University of Victoria arbeitet. "Das ist das erste Mal, dass so etwa beobachtet wurde und ein gewaltiger Test für unsere bisherigen Theorien über das Verhalten von Dunkler Materie."

Zusätzlich entdeckten die Wissenschaftler eine Region, in der es Gruppen von Galaxien gibt, jedoch kaum oder gar keine Dunkle Materie. Die Dunkle Materie scheint sich also von den Galaxien getrennt zu haben. "Diese Beobachtungen sind ein Schlag ins Gesicht für unser bisheriges Verständnis des Universums", meint auch Dr. Arif Babul von der University of Victoria. "Unser Standardmodell besagt, dass gebundene Galaxiengruppen wie diese jede Menge an Dunkler Materie enthalten sollten. Was hat es zu bedeuten, dass das hier offenbar nicht der Fall ist?"

Im Bullet-Cluster konnte man beobachten, dass sich das heiße Gas bei der Kollision - wie erwartet - verlangsamt hat, während die Galaxien und die Dunkle Materie sich ungestört weiterbewegt haben. In Abell 520 scheint es so zu sein, dass sich nur die Galaxien ungestört weiter bewegt haben und ein großer Teil der Dunklen Materie zusammen mit dem Heißen Gas im Zentrum der Kollision zurückgeblieben ist.

Mahdavi und seine Kollegen bieten zwei Möglichkeiten an, die Beobachtungen zu erklären. So könnte sich die Dunkle Materie von den Galaxien durch eine komplexe Folge von sogenannten Gravitations-Slingshots getrennt haben. Slingshot-Manöver werden - in weitaus kleinerem Maßstab - in der Raumfahrt eingesetzt, um Sonden ein "Schwungholen" an Planeten zu ermöglichen und sie dadurch zu beschleunigen. Computersimulationen bestätigen diese Theorie allerdings bislang nicht.

Die zweite Möglichkeit wäre, dass Dunkle Materie nicht nur von Gravitation beeinflusst wird, sondern noch zusätzlich durch eine bislang unbekannte Wechselwirkung mit anderen Dunkelmaterie-Teilchen. Dies würde bedeuten, dass man ein ganz neues physikalisches Modell entwickeln müsste und auch Probleme hätte frühere Beobachtungen, etwa die vom Bullet-Cluster, zu erklären.

Das Team, das seine Ergebnisse im Oktober in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht, hat sich weitere Beobachtungszeit für Abell 520 sowohl mit dem Hubble-Weltraumteleskop aus auch mit Chandra gesichert. Mit zusätzlichen Daten hoffen die Forscher dann dem Geheimnis von Abell 520 auf die Spur zu kommen.

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siehe auch
Hubble: Geisterhafter Ring aus Dunkelmaterie - 15. Mai 2007
Chandra: Galaxienhaufenkollision enthüllt Dunkle Materie - 22. August 2006
Links im WWW
The Chandra X-ray Observatory
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