DUNKLE MATERIE
Daten von Zwerggalaxien passen nicht zur MOND-Theorie
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam
astronews.com
29. Oktober 2025

Die deutliche Mehrheit der Forschenden in der Astronomie hält die Existenz von Dunkler Materie für nötig, um bestimmte Beobachtungen erklären zu können. Manche allerdings suchen nach alternativen Modellen und bringen beispielsweise ein modifiziertes Gravitationsgesetz ins Spiel. Nun zeigen Daten von Zwerggalaxien, dass dieses die Beobachtungen nicht erklären kann.

In Spiralgalaxien wie M 33 (links) ist der Zusammenhang zwischen sichtbarer Materie und Gravitationsbeschleunigung bekannt. Schwache Zwerggalaxien wie Eridanus II (rechts) weisen geringere Beschleunigungen auf. Bild: ESO /  DSS2 (D. De Martin); DES (S.E. Koposov), Montage AIP ( M. P. Júlio) [Großansicht]

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) hat Licht in eine seit Jahrzehnten andauernde Debatte darüber gebracht, warum Galaxien sich schneller drehen als erwartet – und ob dieses Verhalten durch unsichtbare Dunkle Materie oder durch einen Zusammenbruch der Gravitation auf kosmischen Skalen verursacht wird. Zusammen mit Forschenden der University of Surrey und der University of Bath in Großbritannien, der Nanjing University in China, der University of Porto in Portugal, der Leiden University in den Niederlanden und der Lund University in Schweden wurden die Daten zur Sterngeschwindigkeit von zwölf der kleinsten und lichtschwächsten Galaxien im Universum analysiert, um konkurrierende Theorien zu überprüfen. Darunter befindet sich auch die Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) – eine alternative Theorie, die erstmals in den 1980er Jahren vorgeschlagen wurde und davon ausgeht, dass sich die Gesetze der Schwerkraft bei sehr geringen Beschleunigungen, und daher auf sehr großen Skalen, ändern, wodurch die Notwendigkeit von Dunkler Materie vollständig entfällt.

In der jetzt vorgestellten Studie kommt das Team zum Ergebnis, dass die Gravitationsfelder im Inneren der Galaxien nicht allein durch sichtbare Materie erklärt werden können und dass die Vorhersagen des MOND-Modells das beobachtete Verhalten nicht reproduzieren. Anschließend verglichen die Forschenden ihre Ergebnisse mit theoretischen Modellen, die stattdessen davon ausgehen, dass diese Galaxien von einem massereichen Halo aus Dunkler Materie umgeben sind. Diese Modelle zur Dunklen Materie wurden mit dem britischen DiRAC National Supercomputer berechnet und lieferten eine viel höhere Übereinstimmung mit den Daten.

"Die kleinsten Zwerggalaxien standen lange Zeit im Widerspruch zu den allgemeinen Vorhersagen der MOND-Theorie, aber die Diskrepanz ließ sich plausibel durch Messunsicherheiten oder durch eine Anpassung der MOND-Theorie erklären", erklärt Mariana Júlio, Doktorandin am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und Hauptautorin der Studie. "Zum ersten Mal konnten wir die Gravitationsbeschleunigung von Sternen in den lichtschwächsten Galaxien bei unterschiedlichen Radien nun auflösen und so ihre innere Dynamik detailliert aufzeigen. Sowohl die Beobachtungen, als auch unsere EDGE-Simulationen zeigen, dass das Gravitationsfeld dieser Galaxien nicht allein durch ihre sichtbare Materie bestimmt werden kann, was den Vorhersagen der modifizierten Gravitation widerspricht. Diese Erkenntnis untermauert die Notwendigkeit der Existenz von Dunkler Materie und bringt uns ihrem Verständnis einen Schritt näher."

 Die Studie stellt auch eine seit langem bestehende Annahme über das Verhalten von Galaxien infrage: Astronominnen und Astronomen gingen lange Zeit davon aus, dass es einen einfachen Zusammenhang zwischen der Menge der sichtbaren Materie in einer Galaxie und der Stärke ihrer Anziehungskraft gibt – bekannt als "radiale Beschleunigungsbeziehung". Während diese Beziehung für größere Systeme nach wie vor gilt, zeigt die neue Studie, dass sie in den kleinsten Galaxien nicht mehr zutrifft. "Unsere neue Studie verändert das Bild völlig: Dank besserer Daten und einer tiefergehenden Analyse konnten wir die radial aufgelösten Profile der Zwerggalaxien ermitteln", erklärt Dr. Marcel Pawlowski vom AIP. "Unsere Ergebnisse bestätigen frühere Vermutungen, dass Zwerggalaxien sich anders verhalten als erwartet – basierend auf den Beobachtungen massereicherer Galaxien. Sie folgen nicht der extrapolierten radialen Beschleunigungsrelation, sondern zeigen höhere Beschleunigungen oder – im Modell der Dunklen Materie – eine größere Menge an fehlender Masse."

In einigen Fällen kann dieselbe Menge sichtbarer Materie sehr unterschiedliche Gravitationsbeschleunigungen erzeugen, was darauf hindeutet, dass ein unsichtbarer Faktor – sehr wahrscheinlich die Dunkle Materie – ihr Verhalten beeinflusst. "Neue Daten und Modellierungstechniken ermöglichen es uns, das Gravitationsfeld in kleinerem Maßstab als je zuvor abzubilden, und dies gibt uns neue Einblicke in die seltsame, scheinbar unsichtbare Substanz, aus der der größte Teil der Masse des Universums besteht", erläutert Professor Justin Read von der University of Surrey. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Informationen, die wir allein aus dem, was wir sehen können, gewinnen, nicht ausreichen, um die Stärke des Gravitationsfeldes in den kleinsten Galaxien zu bestimmen. Dieses Ergebnis lässt sich erklären, wenn diese Galaxien von einem unsichtbaren Halo aus Dunkler Materie umgeben sind, da die Dunkle Materie die 'fehlenden Informationen' enthält. Aber die MOND-Theorien – zumindest die bisher vorgeschlagenen – verlangen, dass das Gravitationsfeld nur durch das bestimmt wird, was wir sehen. Das scheint einfach nicht zu funktionieren."

Die Ergebnisse geben zwar keinen Aufschluss darüber, woraus Dunkle Materie besteht, schränken jedoch den Spielraum für alternative Erklärungen ein. Zukünftige Beobachtungen noch schwächerer und weiter entfernter Galaxien werden dazu beitragen, genauer zu bestimmen, was die Dunkle Materie letztendlich ist.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheinen wird.