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GALAXIENHAUFEN
Wie dunkel ist Dunkle Materie?
von Stefan Deiters
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15. April 2015

Beobachtungen von Kollisionen von Galaxienhaufen lieferten erst kürzlich Hinweise darauf, dass Dunkle Materie weniger untereinander wechselwirkt als bislang angenommen. Die Untersuchung von vier kollidierenden Galaxien im Galaxienhaufen Abell 3827 könnte nun jedoch erstmals Indizien für eine nichtgravitative Wechselwirkung von Dunkler Materie untereinander geliefert haben.

Abell 3827

Der Zentralbereich von Abell 3827. Die Konturen zeigen die ermittelte Verteilung der Dunklen Materie rund um die vier kollidierenden Galaxien. Bei der linken Galaxie scheint die Dunkle Materie deutlich von der Galaxie getrennt zu sein. Bild: ESO   [Großansicht]

Bei der Erforschung der Dunklen Materie, die nach Überzeugung der Astronomen einen Großteil der Masse im Universum ausmacht, stochert man bislang - im wahrsten Sinne des Wortes - im Dunklen. Dunkle Materie, so die Theorie, macht sich nämlich ausschließlich durch ihre gravitative Wechselwirkung mit anderer Materie bemerkbar, sie sendet also kein Licht aus und verschluckt auch kein Licht. Unklar ist allerdings, ob Partikel der Dunklen Materie untereinander noch auf eine andere Art wechselwirken können.

Um überhaupt etwas über Dunkle Materie zu erfahren, betrachten Astronomen in der Regel Kollisionen von Galaxienhaufen und interessieren sich dann für das Licht von Galaxien, die hinter den kollidierenden Haufen liegen. Dieses wird nämlich durch die Gesamtmasse der Galaxienhaufen abgelenkt. Da man aber die sichtbare Materie in den Haufen abschätzen kann, lässt sich aus der Ablenkung auf die Dunkle Materie und auch auf ihre Verteilung schließen.

Anfang des Monats hatten Astronomen eine umfangreiche Untersuchung von insgesamt 72 Kollisionen von Galaxienhaufen vorgestellt, aus der sich zu ergeben schien, dass Dunkle Materie nur sehr wenig untereinander wechselwirkt (astronews.com berichtete). Mit dem Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO und dem Weltraumteleskop Hubble untersuchten die Wissenschaftler nun allerdings vier einzelne Galaxien in dem Galaxienhaufen Abell 3827, die gerade kollidieren. Und hier könnte sich ein etwas anderes Bild ergeben.

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Jede Galaxie muss in eine gewaltige Ansammlung von Dunkler Materie eingebettet sein. Anders ließe sich nämlich das beobachtete Rotationsverhalten nicht erklären - zumindest, wenn man von der Gültigkeit der allgemein akzeptierten physikalischen Gesetze ausgeht. Im Fall der vier kollidierenden Galaxien stellten die Astronomen jetzt fest, dass sich die Dunkle Materie einer Galaxie etwa 5.000 Lichtjahre hinter der Galaxie befindet.

Eine solche Trennung von Dunkler Materie und sichtbarer Materie einer Galaxie im Verlauf einer Kollision würde sich dann erklären lassen, wenn Dunkle Materie auch miteinander wechselwirkt - und dies nicht ausschließlich über ihre Gravitationswirkung. Bestätigt sich der Befund, wäre dies der erste Hinweis auf ein solches Verhalten aus Beobachtungen.

"Wir dachten bislang immer, dass Dunkle Materie einfach da ist und abgesehen von ihrer gravitativen Anziehung nichts tut", so Richard Massey von der Durham University. "Aber wenn Dunkle Materie durch diese Kollision abgebremst worden ist, könnte es der erste Hinweis für eine vielfältige Physik im dunklen Sektor sein - im verborgenen Universum, das uns umgibt."

Allerdings, so warnen die Astronomen, sind weitere Untersuchungen nötig, um sicher sein zu können, dass es sich hier tatsächlich um den vermuteten Effekt handelt. Dazu müssten andere Phänomene, die auch für die beobachtete Verzögerung sorgen könnten, ausgeschlossen, weitere Beobachtungen von Galaxien durchgeführt und auch Computersimulationen gemacht werden.

"Wir wissen, dass Dunkle Materie existiert, weil wir ihre gravitativen Wechselwirkungen beobachten, die helfen, das Universum zu formen", so Liliya Williams von der University of Minnesota. "Allerdings wissen wir noch beschämend wenig darüber, was die Dunkle Materie wirklich ist. Unsere Beobachtungen legen nahe, dass Dunkle Materie auch andere Kräfte als die Gravitation für Wechselwirkungen nutzen könnte. Wenn dem tatsächlich so ist, könnten wir einige bedeutende Theorien ausschließen, die beschreiben, um was es sich bei Dunkler Materie handelt."

Bei allen vier für die jetzt vorgestellte Untersuchung beobachteten Galaxien könnte die Dunkle Materie während der Kollision von der zugehörigen Galaxie getrennt worden sein. Allerdings erlauben die Beobachtungen nur in einem Fall eine hinreichend sichere Lokalisierung des Orts der Dunklen Materie.

Für die Astronomen stellen die beiden in diesem Monat vorgestellten Resultate einen wichtigen Schritt dar, um hinter das Geheimnis der Dunklen Materie zu kommen. Die Ergebnisse der Kollision von Galaxienhaufen und der von einzelnen Galaxien können dabei die möglichen Kandidaten eingrenzen. "So nähern wir uns der Entschlüsselung der Dunklen Materie von oben und von unten an und fokussieren unsere Kenntnisse von zwei Seiten," so Massey.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in der heute erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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Links im WWW
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