HUBBLE
Geisterhafter Ring aus Dunkelmaterie
von Stefan Deiters
astronews.com
15. Mai 2007

Mithilfe des Weltraumteleskops Hubble gelang einem internationalen Astronomenteam jetzt der bislang direkteste Nachweis der Existenz von Dunkler Materie. Die Forscher entdeckten einen geisterhaften Ring aus Dunkler Materie, der vermutlich bei einer gewaltigen Kollision zweier Galaxienhaufen entstand. Zum ersten Mal wurde damit eine Dunkelmaterie-Verteilung entdeckt, die sich signifikant von der Verteilung der sichtbaren Materie unterscheidet.

Der Galaxienhaufen ZwCl0024+1652. Für das Bild wurde eine Hubble-Aufnahme des Haufens (unten) mit der gefundenen Verteilung von Dunkler Materie (blau) kombiniert. Der entdeckte Ring ist gut zu erkennen. Bild: NASA, ESA, M.J. Jee und H. Ford (Johns Hopkins University) [Großansicht] Hubble-Aufnahme des Galaxienhaufens ZwCl0024+1652. Aus den leicht verzerrten Bildern der Hintergrundgalaxien folgerten die Astronomen auf die Dunkelmaterie-Verteilung des Haufens.  Foto: NASA, ESA, M.J. Jee und H. Ford (Johns Hopkins University) [Großansicht]

Dunkle Materie gehört schon lange zum Standardrepertoire der Astronomen, um beispielsweise zu erklären, warum Galaxienhaufen eigentlich zusammenbleiben. Die als Sterne und Gas sichtbare Masse der Haufen würde nämlich nicht ausreichen, um die Ansammlungen von Galaxien zusammenzuhalten und ein Auseinanderdriften zu verhindern. Was Dunkle Materie genau ist, wissen Astronomen bis heute nicht. Manche glauben, dass es sich um eine Art von Elementarteilchen handelt, das das gesamte Weltall durchdringt.

Obwohl also niemand weiß, um was es sich bei Dunkler Materie handelt, finden Wissenschaftler immer wieder Hinweise auf ihre Existenz. Auf einer Pressekonferenz am Dienstagabend präsentierte ein Forscherteam nun das bis heute direkteste Indiz für das Vorhandensein der geisterhaften Materie: Im Galaxienhaufen ZwCI0024+1652 spürten die Astronomen einen Ring aus Dunkler Materie auf. "Das ist das erste Mal, dass wir Dunkle Materie entdeckt haben, die eine eigene Struktur hat und sich deutlich von der Struktur der sichtbaren Materie, also vom Gas und den Galaxien im Haufen, unterscheidet", erläutert M. James Jee von der Johns Hopkins University im amerikanischen Baltimore, der zum Beobachterteam gehörte.

Der entdeckte Ring aus Dunkelmaterie hat einen Durchmesser von 2,6 Millionen Lichtjahren und wurde in einem Galaxienhaufen entdeckt, der etwa fünf Milliarden Jahre von der Erde entfernt liegt. Die Astronomen haben den Ring eher zufällig entdeckt, als sie damit beschäftigt waren, die Dunkelmaterie-Verteilung in dem Galaxienhaufen zu kartieren. Obwohl man Dunkelmaterie nicht sehen kann, können Wissenschaftler durch Beobachtungen auf ihre Existenz schließen: Sie beobachten dazu, wie die Gravitationswirkung der unsichtbaren Dunkelmaterie das Licht von Hintergrundgalaxien ablenkt.

Dieser Effekt ist als Gravitationslinsen-Effekt bekannt und wurde von Einstein in seiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Er führt dazu, dass Galaxien, die sich von uns aus gesehen weit hinter dem Galaxienhaufen befinden, nicht wie normale Galaxien erscheinen, sondern zu Bögen verschmiert werden. Aus der Form der Bild können die Astronomen dann errechnen, welche Massenkonzentration nötig ist, um diesen Effekt zu bewirken und somit die Dunkelmaterie in einem Galaxienhaufen kartieren.

"Dunkelmaterie wurde zwar schon zuvor in anderen Galaxienhaufen gefunden", erläutert Jee die Bedeutung der jetzt gemachten Entdeckung, "aber noch nie war die Dunkelmaterie so weit von dem heißen Gas und den Galaxien entfernt, aus denen der Galaxienhaufen besteht. Durch das Beobachten einer Dunkelmaterie-Struktur, die sich nicht durch Galaxien und heißes Gas nachzeichnen lässt, können wir Studieren, wie unterschiedlich sich Dunkelmaterie von normaler Materie verhält."

Beim Kartieren der Dunkelmaterie stießen die Forscher auf kleine wellenförmige Unebenheiten in dem mysteriösen Material, das entfernt an die Strukturen erinnert, die entstehen, wenn man einen Stein in einen Teich wirft. "Ich war zunächst recht verärgert, als ich diesen Ring sah, weil ich ihn zunächst für ein Artefakt hielt, was auf einen Fehler bei unserer Datenauswertung hingedeutet hätte", erinnert sich Jee. "Ich konnte das Ergebnis einfach nicht glauben. Aber je mehr ich versuchte, den Ring wieder loszuwerden, desto deutlicher wurde er sichtbar. Ich habe mehr als ein Jahr gebraucht, um mir wirklich sicher zu sein, dass der Ring echt ist. Ich habe schon eine ganze Reihe von Galaxienhaufen beobachtet, aber so etwas habe ich noch nicht gesehen."

Auf der Suche nach der Entstehungsgeschichte des Rings stieß Jee auf eine Forschungsarbeit, die sich mit der Geschichte des untersuchten Galaxienhaufens beschäftigte: Oliver Czoske vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn hatte 2002 aus spektroskopische Beobachtungen des Galaxienhaufens gefolgert, dass dieser vor vielleicht ein bis zwei Milliarden Jahren mit einem anderen Galaxienhaufen kollidiert ist.

Jee und seine Kollegen machten nun Computersimulationen, um so herauszufinden, was bei einer Kollision zweier Haufen mit der Dunklen Materie passiert. Das Ergebnis: Bei der Kollision fällt die Dunkle Materie zunächst ins Zentrum des neu entstandenen kombinierten Haufens und dehnt sich dann wieder aus. Während sie sich aber ausdehnt, wird sie unter dem Einfluss der Gravitationskraft langsamer und türmt sich auf. Auf diese Weise, so die Schlussfolgerung der Astronomen, entstand der jetzt beobachtete Dunkelmaterie-Ring. Er ist somit Zeuge einer Kollision zweier Galaxienhaufen vor über einer Milliarde Jahren.

Schon im vergangenen Jahr hatten Astronomen durch Beobachtungen mit dem Infrarot-Teleskops Chandra und anderer Großteleskope deutliche Indizien dafür gefunden, dass bei einer Kollision zweier Galaxienhaufen normale Materie und Dunkle Materie getrennte Wege gehen. Die Astronomen beobachteten damals - wie berichtet - den Galaxienhaufen 1E0657-56.