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ABELL 520
Dunkle Materie gibt neue Rätsel auf
von Stefan Deiters
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5. März 2012

Beobachtungen von Abell 520 mit dem Weltraumteleskop Hubble haben einen schon länger gehegten Verdacht bestätigt: Die Dunkle Materie in diesem Überrest einer gewaltigen Kollision zweier Galaxienhaufen scheint sich nicht so zu verhalten, wie die Astronomen es eigentlich erwartet hatten. Der Fund könnte damit die bisherige Theorie über Dunkle Materie infrage stellen.

Abell 520

Ein Bild des Galaxienhaufens Abell 520. Überlagert ist das Ergebnis der Kartierung des Haufens dargestellt: Orange zeigt die Konzentration des Sternenlichts aus Galaxien, grün die des heißen Gases und blau die der Dunklen Materie. Bild: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis) und A. Mahdavi (San Francisco State University)  [Großansicht]

Bei Abell 520 handelt es sich um den Rest einer gewaltigen Kollision von zwei Galaxienhaufen. Solche Ansammlungen von Galaxien bestehen zu einem großen Teil aus Dunkler Materie, also jener geheimnisvollen Substanz, die auch einen Großteil der Masse des Universums ausmacht. Sie verrät sich ausschließlich durch ihre Gravitationswirkung. Ohne diese Dunkle Materie ließen sich aber die Bewegungen etwa von Galaxien nicht erklären.

Die Gravitationswirkung der Masse der Dunklen Materie sorgt aber auch dafür, dass Licht noch entfernterer Galaxien und Galaxienhaufen abgelenkt wird. Dieses Phänomen ist als Gravitationslinseneffekt bekannt. Aus der Analyse der dadurch entstandenen Verzerrungen der Bilder von entfernten Objekte können Astronomen auf das Vorhandensein von Dunkler Materie und ihre Verteilung schließen.

Im Falle von Abell 520 lieferte eine solche Analyse nun ein unerwartetes Ergebnis: Offenbar hat sich die Dunkle Materie in der 2,4 Milliarden Lichtjahre entfernten Haufenkollision in einem "dunklen Kern" gesammelt, in dem es vergleichsweise wenig Galaxien gibt. Die meisten Galaxien haben den zentralen Ort der Kollision bereits wieder verlassen.

"Dieses Ergebnis ist schon recht verblüffend", urteilt James Jee von der University of California in Davis, der auch Hauptautor eines Fachartikels über die Studie in der Zeitschrift Astrophysical Journal ist. "Die Dunkle Materie verhält sich nicht wie wir vorhergesagt haben und es ist nicht klar, was dort eigentlich passiert. Es ist sehr schwierig diese Hubble-Beobachtungen mit den aktuellen Theorien über Galaxienentstehung und Dunkle Materie in Einklang zu bringen."

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Einen ersten Verdacht, dass mit Abell 520 irgendetwas nicht stimmen könnte, hatte es bereits 2007 gegeben. Damals war das Datenmaterial allerdings noch vergleichsweise schlecht, so dass sich der Befund auch als Messfehler interpretieren ließ. Nach der Analyse der Hubble-Beobachtungen ist dies aber nicht mehr möglich: In Abell 520 hat sich offenbar die Dunkle Materie von den Galaxien getrennt.

Galaxienhaufen, also gewaltige Ansammlungen von Galaxien, sind die größten durch ihre Anziehungskraft aneinander gebundenen Strukturen im Universum. Um etwas über die Eigenschaften Dunkler Materie zu lernen, untersuchen Astronomen schon seit einigen Jahren Kollisionen dieser riesigen Gebilde. Bei einer Kollision sollten sich nämlich prinzipiell die Galaxien zusammen mit der Dunklen Materie der Haufen bewegen, während das heiße intergalaktische Gas in den Haufen regelrecht zusammenstößt, abgebremst wird und zurückbleibt. Dieses Bild wurde eindrucksvoll durch die Beobachtung der inzwischen als "Bullet-Cluster" bekannten Galaxienhaufen-Kollision bestätigt (astronews.com berichtete).  

Die jetzt vorgestellten Beobachtungen von Abell 520 deuten aber nun darauf hin, dass die Sache ein wenig komplizierter ist: Nach Auswertung von Daten verschiedener Teleskope spricht alles dafür, dass sich im Zentrum des Systems sehr viel Dunkle Materie und heißes Gas befinden, aber nur relativ wenige helle Galaxien, die sich aber normalerweise dort aufhalten sollten, wo auch die Dunkle Materie ist.

"Wir kennen vielleicht sechs Beispiele für Kollisionen von Galaxienhaufen mit großer Geschwindigkeit, bei denen die Verteilung der Dunklen Materie bestimmt wurde", so Jee. "Der Bullet-Cluster und Abell 520 sind die beiden mit den deutlichsten Anzeichen für eine Verschmelzung vor relativ kurzer Zeit. Und diese beiden Beispiele widersprechen sich. Keine einzelne Theorie kann das unterschiedliche Verhalten der Dunklen Materie in diesen beiden Kollisionen erklären. Wir brauchen einfach mehr Beispiele."

So bleibt die Ursache für die überraschende Verteilung der Dunklen Materie in Abell 520 zunächst Spekulation. Doch es gibt Erklärungsversuche: So könnte es sich bei Abell 520 um eine komplexere Kollision handeln als beim Bullet-Cluster und hier beispielsweise drei Galaxienhaufen beteiligt gewesen sein. Es wäre auch möglich, dass es im Zentrum des Systems mehr Galaxien gibt als Hubble beobachten konnte, weil sie einfach zu lichtschwach sind. Diese Galaxien müssten dann aber deutlich weniger Sterne enthalten als normale Galaxien.

Eine weitere Möglichkeit besteht zudem darin, dass es Dunkle Materie gibt, die in gewisser Weise "klebrig" ist. Während normale Materie bei Kollisionen abgebremst wird, sollte dies bei Dunkler Materie eigentlich nicht der Fall sein - es sei denn, dass es auch Dunkle Materie gibt, die mit sich selbst wechselwirken kann und deswegen bei einer Kollision zurückbleibt.

Die Astronomen wollen mit den neuen Daten als Grundlage nun versuchen, die Kollision mit Hilfe von Computersimulationen nachzustellen, um so hinter die Ursache für das ungewöhnliche Verhalten der Dunklen Materie in Abell 520 zu kommen.

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siehe auch
Abell 2744: Intergalaktische Unfallforschung - 22. Juni 2011
Galaxienhaufen: Kollision enttarnt erneut Dunkle Materie - 27. August 2008
Chandra: Galaxienhaufenkollision enthüllt Dunkle Materie - 22. August 2006
Links im WWW
HubbleSite, Seite des STScI
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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