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DUNKLE MATERIE
Dunkle Materie auch in der inneren Milchstraße
Redaktion / Pressemitteilung der Technischen Universität München
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9. Februar 2015

Die Dunkle Materie gehört zu den wohl größten Rätseln der modernen Astronomie. Diese schwer fassbare Substanz gibt es auch in unserer Milchstraße, doch ließ sich ihre Existenz bislang nur für die Außenbereiche belegen. Durch eine sorgfältige Auswertung der Bewegungen von Gas und Sternen glauben Astronomen aber nun, auch Beweise für Dunkle Materie im Inneren unserer Heimatgalaxie gefunden zu haben.

Dunkle Materie

Im Bild wurden Markierungen für die  Rotationsgeschwindigkeit aus der jetzt vorgestellten Arbeit über ein Foto der Milchstraße gelegt, wie sie von der südlichen Hemisphäre aus zu sehen ist.  Bild: TU München / Serge Brunier / NASA (Hintergrund) [Gesamtansicht]

Eine mysteriöse Form von Materie durchzieht unser Universum. Sie ist etwa fünf Mal häufiger als die sichtbare Materie, jedoch nach wie vor von unbekannter, "dunkler" Natur. Dass sie existieren muss, belegten Forschungsarbeiten bereits in den 1970er Jahren. Erstmals ist es nun einem internationalen Wissenschaftlerteam gelungen, die Existenz Dunkler Materie auch im Inneren unserer Galaxie nachzuweisen.

Die allgegenwärtige Präsenz der Dunklen Materie im Universum ist heute ein zentraler Grundsatz der modernen Kosmologie und Astrophysik. In verschiedenen Galaxien wurde ihre Existenz seit den 1970er Jahren mit einer Reihe von Methoden belegt. Eine dieser Methoden ist die Messung der Drehgeschwindigkeit von Gas und Sternen. Wissenschaftler können so eine Galaxie "wiegen" und ihre Gesamtmasse bestimmen.

Dabei zeigt sich, dass die gewöhnliche Materie nur einen Bruchteil der Gesamtmasse ausmacht, den überwiegenden Teil trägt die Dunkle Materie bei. Auch in den äußeren Bereichen unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, wurden die Astronomen mit diese Methodik fündig. Nur im inneren Bereich war es bisher unmöglich, die Anwesenheit Dunkler Materie sicher zu belegen.

Der Durchmesser unserer Galaxie beträgt etwa 100.000 Lichtjahre. Unser Sonnensystem ist etwa 26.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt. Je näher man der Mitte kommt, desto schwieriger wird es, die Rotation des Gases und der Sterne mit der benötigten Genauigkeit zu messen.

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Auf Basis der Messung von Sternenbewegungen glauben Wissenschaftler der Technischen Universität München, der Universität Stockholm, der Freien Universität Madrid, des Internationalen Zentrums für Theoretische Physik des Südamerikanischen Instituts für Grundlagenforschung in São Paulo und der Universität Amsterdam erstmalig einen Beweis für die Anwesenheit Dunkler Materie im Inneren der Milchstraße vorlegen zu können. Dunkle Materie existiert danach auch im Bereich unseres Sonnensystems und in unserer direkten "kosmischen Nachbarschaft".

In einem ersten Schritt erstellten die Forscher die umfassendste Sammlung veröffentlichter Messungen der Bewegung von Gas und Sternen in der Milchstraße. Dann berechneten sie auf Basis aktueller Forschungsergebnisse die Rotationsgeschwindigkeit, die die Milchstraße haben müsste, wenn sie nur aus sichtbarer Materie bestünde. Der Vergleich der gemessenen und der berechneten Geschwindigkeit würde eindeutig zeigen, dass hier die Dunkle Materie einen entscheidenden Beitrag leistet.

"Wir konnten mit unserer Arbeit belegen, dass sich das Gas und die Sterne in unserer Galaxie ohne den Beitrag der Dunklen Materie nicht mit den beobachteten Geschwindigkeiten drehen könnten", erläutert Dr. Miguel Pato, der die Analyse an der Technischen Universität München durchführte. "Allerdings wissen wir immer noch nicht, aus was die Dunkle Materie besteht. Dies ist eine der wichtigsten Wissenschaftsfragen unserer Zeit".

Auch für geringe Entfernung vom Zentrum der Milchstraße würden die Daten der Forschungsarbeit, so die Astronomen, eine hohe Aussagekraft besitzen. Sie erschließen damit neue Wege zur Bestimmung der Verteilung Dunkler Materie in unserer Galaxie. Zukünftige astronomische Beobachtungen könnten damit die Verteilung der Dunklen Materie in unserer Galaxie mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen.

"Damit können wir das Verständnis der Struktur und der Entwicklung unserer Galaxie wesentlich verbessern. Und es wird präzisere Vorhersagen für die vielen Experimente ermöglichen, die weltweit nach Teilchen der Dunklen Materie suchen", hofft Pato, der inzwischen zum Oskar Klein-Zentrum für Astroteilchen-Physik an der Universität Stockholm gewechselt ist.

Über ihre Resultate berichten die Astronomen heute online in der Zeitschrift Nature Physics.

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siehe auch
AMS: Weiterer Hinweis auf Natur der Dunklen Materie? - 19. September 2014
La Silla: Keine Dunkelmaterie in Umgebung der Sonne - 18. April 2012
Links im WWW
Technische Universität München
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