KOSMOLOGIE
Milchstraße überlebte nur durch Dunkelmaterie
von Stefan Deiters
astronews.com
1. Juli 2009

Unsere Milchstraße überstand ihre Jugendzeit nur dank eines schützenden Polsters aus Dunkler Materie. Darauf deuten zumindest neue, jetzt vorgestellte kosmologische Simulationen hin. Viele kleinere Galaxien konnten der Hitze im jungen Universum allerdings nicht standhalten und verdampften. Deswegen, so die These, gibt es in unserer Umgebung auch so wenige Zwerggalaxien.

Unsere Milchstraße: Überlebt nur durch Dunkelmaterie? Bild: NASA / JPL-Caltech

Unsere Milchstraße verdankt ihre Existenz einem schützenden "Polster" aus Dunkelmaterie. Zu diesem Ergebnis kam jetzt eine Studie, die unter der Leitung von Wissenschaftlern des Institute for Computational Cosmology der Durham University durchgeführt und heute auf einer Tagung vorgestellt wurde. Danach gelang es der jungen Milchstraße nur dank einer großen Ansammlung von Dunkelmaterie genug Gas zusammenzuhalten, um auch weiterhin Sterne bilden zu können. Wäre diese Dunkelmaterie nicht in dieser Menge vorhanden gewesen, wäre dieses Gas wegen der hohen Temperaturen im Universum nach "Zünden" der ersten Sterne einfach verdampft.

Dieses Schicksal ereilte offenbar kleinere Galaxien, die sich im Inneren von weniger umfangreichen Ansammlungen von Dunkelmaterie zu bilden begonnen hatten. Sie konnten den Temperaturen von 20.000 bis 100.000 Grad Celsius nicht standhalten und verschwanden. Nach Ansicht der Astronomen handelt es sich beim größten Teil der Masse des Universums um Dunkelmaterie. Dieser wird eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Strukturen im Weltall zugeschrieben.

Ziel der Simulation der im Virgo Consortium zusammengeschlossenen Wissenschaftler war es, eine Antwort auf ein großes Rätsel der Kosmologie zu finden: Bisherige Modelle über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien hatten nämlich ergeben, dass es eigentlich eine Unmenge von kleineren Satellitengalaxien der Milchstraße geben müsste. Gefunden hat man allerdings bei weitem nicht so viele Begleiter unserer Heimatgalaxie wie vorhergesagt.

Eine Erklärung könnte nun die neue Simulation liefern: Die Strahlung der ersten Sterne und Schwarzen Löcher im Universum sorgte dafür, dass das Gas in den kleinere Dunkelmaterie-Ansammlungen verdampfte und in diesen keine Sterne und damit auch keine richtigen Galaxien entstehen konnten.

"Die Gültigkeit des Standardmodells für unser Universum hängt ganz entscheidend davon ab, ob wir eine befriedigende Erklärung dafür finden können, warum die Milchstraße so wenige Begleitgalaxien hat", verdeutlicht Professor Carlos Frank, Direktor des Institute for Computational Cosmology der Durham University die Bedeutung der Studie. "Die Simulation zeigt, dass Hunderttausende von kleineren Dunkelmaterie-Klumpen um die Milchstraße kreisen sollten, aus denen keine Galaxien wurden."

"Wir können zeigen, dass es für diese Galaxienkandidaten nahezu unmöglich war, die von den ersten Sternen und schwarzen Löchern erzeugte Hitze zu überstehen", erklärt Frank weiter. "Die Hitze verdampfte das Gas aus den kleinen Dunkelmaterie-Ansammlungen und verödete sie so. Nur einige Dutzend Galaxien, die schnell genug mit der Bildung von Sternen waren, haben es geschafft, diese Phase zu überleben."

Nach Ansicht der Wissenschaftler stellt diese Erklärung für die Entstehung der Galaxien und das Fehlen der Zwerggalaxien eine weitere Unterstützung für die These dar, dass unser Universum von sogenannter kalter Dunkler Materie dominiert wird - also von bislang unentdeckten Teilchen, die sich nur durch ihre Gravitationswirkung bemerkbar machen. Dabei könnte es sich etwa um ein noch nicht aufgespürtes Elementarteilchen handeln, das man etwa mit den neuen Experimenten am Genfer CERN zu finden hofft.

"Herauszufinden was Dunkelmaterie ist, ist nicht nur eine der drängendsten Aufgaben der Wissenschaft überhaupt, sondern auch entscheidend für das Verständnis der Entstehung von Galaxien," so Frank. Und Teamkollege Takahashi Okamoto von der Universität im japanischen Tsukuba ergänzt: "Unsere Versuche, realistische Galaxien am Computer zu modellieren sind noch in einem frühen Stadium, aber diese Ergebnisse sind schon sehr ermutigend."