ZWERGGALAXIEN
Rätselhafte Verteilung der Dunklen Materie
von Stefan Deiters
astronews.com
18. Oktober 2011

Dunkle Materie sorgt dafür, dass Galaxien überhaupt in der Form existieren können, in der wir sie heute beobachten. Ohne ihren Einfluss wären nämlich viele Sterne nicht mehr an ihre Galaxie gebunden. Trotzdem weiß man über die Natur der Dunklen Materie kaum etwas. Auch eine neue Untersuchung von zwei Zwerggalaxie hat daran nichts geändert. Sie gibt sogar neue Rätsel auf.

Blick auf eine Zwerggalaxie von der Oberfläche eines hypothetischen extrasolaren Planeten. Bild: David A. Aguilar (CfA) [Großansicht]

"Nach Abschluss dieser Studie wissen wir weniger über Dunkle Materie als vorher", fasst Matt Walker vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics die Ergebnisse der Untersuchung zusammen, die in Kürze in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal erscheinen wird. Zusammen mit seinem Kollege Jorge Peñarrubia von der Universität im englischen Cambridge hat Walker die Verteilung der Dunklen Materie in zwei Zwerggalaxien bestimmt und dabei festgestellt, dass die rätselhafte Substanz darin relativ gleichmäßig verteilt ist.

Dies widerspricht allerdings dem, was die Astronomen bislang über Dunkle Materie zu wissen glaubten. Im Standardmodell der Kosmologen, das von Dunkler Energie und Dunkler Materie dominiert wird, besteht Dunkle Materie aus exotischen "kalten", also sich langsam bewegenden, Partikeln, die sich gegenseitig anziehen und dann verklumpen. Mit der Zeit binden sie auch normale Materie an sich, bis schließlich ganze Galaxien entstehen. In umfangreichen Computersimulationen können die Forscher diese Prozesse nachbilden. Danach sollte sich die Dunkle Materie besonders in den Zentren der Galaxien konzentrieren - im Gegensatz zum Befund von Walker und Peñarrubia.

"Unsere Messungen widersprechen den grundsätzlichen Vorhersagen über kalte Dunkle Materie in Zwerggalaxien", so Walker. "Bis die Theoretiker nicht diese Vorhersage anpassen können, stimmt das Modell mit kalter Dunkler Materie nicht mit unseren Beobachtungen überein." Zwerggalaxien bestehen zu 99 Prozent aus Dunkler Materie und nur zu einem Prozent aus normaler Materie wie Sternen. Das macht sie zu idealen Studienobjekten für alle Wissenschaftler, die an Dunkler Materie interessiert sind.

Die Astronomen hatten für ihre Studie zwei Zwerggalaxien der Milchstraße untersucht, die Fornax- und Sculptor-Zwerggalaxie. Beide Galaxien bestehen nur aus etwa zehn Millionen Sternen - unsere Milchstraße verfügt über mehrere 100 Milliarden. Die Forscher haben nun Ort, Geschwindigkeit und die chemische Zusammensetzung von jeweils über 1.000 Sternen der beiden Galaxien bestimmt, um mit deren Hilfe auf die Masseverteilung in den Galaxien schließen zu können. "Sterne in Zwerggalaxien verhalten sich mehr wie Bienen, die um einen Bienenstock herumschwirren und kreisen nicht auf gleichmäßigen, kreisförmigen Bahnen wie in Spiralgalaxien", so Peñarrubia. "Das macht es deutlich schwieriger, die Verteilung der Dunklen Materie zu bestimmen."

Die Auswertungen ergaben nun, dass bei beiden Zwerggalaxien die Dunkle Materie relativ gleichmäßig über mehrere Hundert Lichtjahre verteilt ist. Nach den Vorhersagen sollte aber in Richtung des Zentrums der Galaxien ein deutlicher Anstieg der Dichte der Dunklen Materie festzustellen sein. "Wenn die Zwerggalaxie ein Pfirsich wäre, sagt das kosmologische Standardmodell voraus, dass man einen Dunkelmaterie-Kern im Zentrum finden sollte", vergleicht Peñarrubia. "Stattdessen sehen die beiden Zwerggalaxien, die wir untersucht haben, wie kernlose Pfirsiche aus."

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Wechselwirkungen zwischen normaler und Dunkler Materie für eine gleichmäßigere Verteilung der Dunklen Materie sorgen könnten. Aktuelle Simulationen deuten aber darauf hin, dass dies in Zwerggalaxien nicht passiert. Ihre Ergebnisse würden, so die Forscher, entweder bedeuten, dass normale Materie die Dunkle Materie deutlich mehr beeinflusst als angenommen oder aber, dass die Dunkle Materie nicht "kalt" ist. Die Astronomen planen nun weitere Zwerggalaxien zu untersuchen, insbesondere auch Systeme mit einem noch höheren Dunkelmaterie-Anteil.