Keine Woche vergeht ohne neue Erkenntnisse über die dunkle Materie. Letzte Woche habe ich über die Kollision zweier Galaxienhaufen berichtet aus der man Rückschlüsse über die Verteilung der dunklen Materie ziehen konnte. Heute möchte ich die Arbeit von amerikanischen und kanadischen Wissenschaftlern vorstellen die eine Galaxie entdeckt haben, die soviel dunkle Materie enthält wie keine andere zuvor.

In ihrer Arbeit mit dem Titel “The Most Dark-Matter-dominated Galaxies: Predicted Gamma-Ray Signals from the Faintest Milky Way Dwarfs haben Louis Strigari von der Universität Kalifornien und seine Kollegen sich mit der Galaxie Segue 1 beschäftigt. Das ist eine von vielen Zwerggalaxien die unsere Milchstrasse umkreisen.

Man war sich allerdings lange nicht sicher, ob es sich wirklich um eine Galaxie handelt. Von Segue 1 kann man nämlich nur ein paar Sterne beobachten. 24 genaugenommen:

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Bild: SDSS; Marla Geha

Das linke Bild zeigt Segue 1 so wie sie am Himmel aussieht, zusammen mit Vorder- und Hintergrundsternen. Rechts sind nur die Sterne zu sehen die als Mitglieder von Segue 1 identifiziert wurden. Das sieht wirklich nicht so sehr aus wie eine typische Galaxie – das hätte auch ein kleiner Sternhaufen sein können.

Als man dann allerdings gemessen hat, wie schnell sich diese Sterne bewegen, fand man, dass sich dort noch jede Menge Materie befinden müsste. Wenn da wirklich nur diese zwei dutzend Sterne wären, dann müssten sie sich zehnmal langsamer bewegen als man es gemessen hat.

Man braucht etwa eine halbe Million Mal die Masse der Sonne um die Geschwindigkeit der Sterne zu erklären. Das ist viel zu schwer für einen Sternhaufen – es muss sich tatsächlich um eine Galaxie handeln. Diese Galaxie leuchtet allerdings nur 350 mal so hell wie unsere Sonne!

So gut wie gesamte Masse von Segue 1 muss daher dunkel sein – es ist die bisher am meisten von dunkler Materie dominierte Galaxie die man entdeckt hat! Das macht Segue 1 auch zu einem guten Ort an dem einige Theorien zu dunkler Materie getestet werden können. Manche theoretischen Modelle sagen nämlich voraus, dass sich Teilchen der dunklen Materie bei Kollisionen selbst auslöschen und dabei Gammastrahlung erzeugen.

Das könnte man mit entsprechenden Satellitenteleskopen vielleicht nachweisen. Gut dazu geeignet wäre z.B. das Fermi Gamma-ray Space Telescope (das früher GLAST hieß).

Es scheint der dunklen Materie nun langsam an den Kragen zu gehen. Der LHC ist auf der Suche nach ihr und Satellitenmissionen wie PAMELA und jetzt FERMI halten nach ihr Ausschau. Vermutlich wird es nicht mehr allzu lange dauern bis die Wissenschaftler auch dieses Rätsel gelöst haben!

Kommentare (17)

  1. #1 Samin
    19. September 2008

    Aber es besteht schon noch die Möglichkeit, dass es nichts wie dunkle Materie gibt und unser Modell einfach einen grundsätzlichen Fehler beinhalten?! Ich werde das Gefühl nicht los, dass wir es uns an einer Stelle zu einfach gemacht haben und nur weil es bisher immer geklappt hat sagen es muss immer klappen – aber dadurch “hier” an die Grenze stoßen. Wie wenn man ein Rätsel mit beliebigen ausfüllt und damit auch ein 3/4 schafft, aber der Rest dann einfach absolut nichtmehr möglich ist.

  2. #2 David Marjanović
    19. September 2008

    Aber es besteht schon noch die Möglichkeit, dass es nichts wie dunkle Materie gibt und unser Modell einfach einen grundsätzlichen Fehler beinhalten?!

    http://en.wikipedia.org/wiki/Bullet_Cluster

    Ein zweiter solcher ist vor kurzem in Science beschrieben worden.

  3. #3 florian
    20. September 2008

    @Samin: Naja – das wäre ziemlich unwahrscheinlich. Wir können zweifelsfrei messen, dass sich im Weltall jede Menge Materie befindet – das merkt man an deren Gravitation. Wir können diese Materie aber nicht sehen. Wir wissen also, dass dort was ist, was Masse hat – aber nicht zu sehen ist. Also “dunkle Materie”.
    Es gab schon auch andere Erklärungsversuche: z.B. die “modifizierte newtonsche Dynamik” (MOND). Da wurde postuliert, dass sich die Gravitation in anderen Bereichen des Universums anders verhält als bei uns. Diese Theorie hat aber irgendwann nicht mehr mit den Beobachtungen übereingestimmt weswegen man sie verworfen hat.

  4. #4 Ludmila
    20. September 2008

    @samin: Wie war das denn mit dem Urknall? Kam sehr vielen Leuten und auch Wissenschaftlern sehr strange vor. Inzwischen kann man sich ziemlich sicher sein, dass er stattgefunden hat.

    Deswegen sage ich immer Studenten: Lasst die Gefühle außen vor! Wenn die Wissenschaftsgeschichte eins gezeigt hat, dann das: Die Welt ist viel, viel seltsamer, als wir es uns vorstellen können.

  5. #5 Samin
    20. September 2008

    @Ludmila: ja das kenn ich auch, aber genau *darum* habe ich ja diese Zweifel, dass wir uns irren und einfach derzeit noch nicht in der Lage sind/noch nicht die Möglichkeit hatten die “Wissenschaft” richtig zu verstehen und uns sozusagen ein “Hinweis” fehlt um zu das “Richtige” zu sehen. Vielleicht ein blöder Vergleich (sehr abstrakt), die ersten Menschen die den Himmel beobachtet haben waren der Meinung dass die helle Kugel am Himmel sich um uns dreht und das war für deren “Wissenschaft” völlig korrekt und unwiderlegbar. Hier ist das abstrakte, man sollte jetzt nicht davon ausgehen dass deren Wissenschaft von heutigem Standpunkt aus völlig primitiv und keine Wissenschaft in dem Sinne ist – man stelle sich vor wir [die Menschheit] schauen in 500 Jahren zurück und sagen “Oh mein Gott, wie primitiv die Leute im 21 Jahrhundert waren, wie konnten die nur so dumm sein?”
    Ich will jetzt hier keine alternative Theorie bewerben oder sagen dass die jetztige falsch ist – ich steh nur immer wieder vor dieser Frage. Vielleicht gibts da inzwischen auch mehr Erkenntnis als mir bekannt ist – ich bin kein Wissenschaftler 🙂

  6. #6 Tors10
    20. September 2008

    Klingt auf jedenfall interessant. Vielleicht liefert die
    Summe dieser grenzwertigen Haufen ja gute Nahrung für
    Ergänzungen unserer Theorien oder bestätigen sie einfach nur.

    Ich hoffe das ist ein Anlass, um mehr Gelder für noch
    präzisere Teleskope bereitzustellen. (JWST usw.)

  7. #7 Ronny
    23. September 2008

    Steinigt mich nicht, aber ich hätte noch eine krause Idee. Was wenn die dunkle Materie aus mini schwarzen Löchern besteht die durch Kollisionen von Partikeln entstanden sind ? Die würden sich nur durch die Gravitation bemerkbar machen und sonst nicht auffallen. Nur kurz an alle Weltuntergangsfanatiker, die paar mehr am LHC wären schon egal 🙂

    Gibts auch Hinweise dass die ‘Brantheorie’ da mitspielt ? Oder ist die schon wieder global out ? Danach könnte eine Parallel-Bran bei uns die dunkle Materie simulieren.

  8. #8 florian
    23. September 2008

    @Ronny: Naja – die Idee ist wirklich ein bisschen kraus 😉 Dunkle Materie muss ja stabil sein. Mini-Schwarze-Löcher sind das nicht – die zerfallen sofort nach ihrer Entstehung wieder. Ausserdem ist ihre Masse minimalst – das würde wohl nicht reichen um die dunkle Materie zu erklären.

    Wie das mit den Branen ist kann ich dir leider nicht genug sagen. Out ist sie jedenfalls noch nicht (soweit ich weiß). Die diversen Bran- bzw. Stringtheorien sind halt leider experimentell kaum zu bestätigen. Aber vielleicht macht der LHC hier nen Fortschritt wenn er zumindest mal die Supersymmetrie bestätigt.

  9. #9 Ronny
    23. September 2008

    @florian, sags mir wenn ich nerve, aber hast du einen GUTEN link für die Stringtheorie ? oder einen Buchtipp ? Leider gibts da am ‘midlevel’ Ast (= erklären ohne viel Mathematik) zu wenig. So im Stil von ‘Schrödingers Kätzchen’.

  10. #10 florian
    23. September 2008

    @ronny: Hier nervt niemand. Ich halte ja sogar die LHC-Spinner aus – da stören so ein paar ernsthaft Fragen absolut nicht. Ich würde dir mal “Verborgene Universen” von Lisa Randall empfehlen. Da ist kaum Mathematik drin. So richtig simpel ist die Erklärung dort zwar auch nicht – aber das ist bei dem Thema auch unmöglich. Links fallen mir auf die schnelle keine ein; da muss ich erst überlegen. Frag aber mal Ludmila – die hat da sicher was (ich glaub auf den DESY-Seiten gibts gute Erklärungen)

  11. #11 ruth
    24. September 2008

    zum thema MOND: da is nix verworfen. erst auf der JENAM (Joint European National Astronomy Meeting) in Wien vor 2 wochen hab ich einen Review talk ueber die MOND gehoert, inklusive erklaerungen fuer ring-artige strukturen (was ja neben dem bullet-cluster als zweite “beobachtung” dunkler materie gilt).
    ok, ich bin kein experte, weder fuer die theorie der gravitation, noch der dunklen materie, aber mir scheint die MOND nicht weniger absurd als die dunkle materie.

  12. #12 Ludmila
    24. September 2008

    @ruth: Ich stand schon auf einer Konferenz vor einem Poster, lange, lange vor CERN , indem eine Frau von der Uni Kasachstan ernsthaft behauptete, im Erdkern gebe es ein Schwarzes Loch.

    Ich hab auch schon Review-Talks gehört, wo jemand meinte das Titus-Bode-Gesetz mit Einsteins Relativitätstheorie “erklären” zu wollen.

    Wenn also irgendwo ein Talk zu dem Thema gehalten wird, dann hat das lange nichts zu bedeuten. Das zeigt nur, dass Wissenschaftler sehr tolerant sind und durchaus bereit sind, auch über,äh, etwas andere Ideen zumindest zu reden.

    Und bei MOND und der Dunklen Materie ist es wie so ziemlich jedem Thema. Irgendeinen wird man immer finden, der ganz anderer Meinung ist. Es wird immer jemanden geben, der meint tote Pferde reiten zu müssen.

    Irgendwie kriegen einige wenige Forscher die Sache mit der Dunklen Materie nicht wirklich auf die Reihe. Erscheint ihnen zu abstrus. Stattdessen verrennen sie sich in eine Alternatividee, obwohl sie den Daten widerspricht und von niemandem, der noch irgendetwas auf dem Gebiet zu sagen hat, wirklich verfolgt wird.

  13. #13 Ludmila
    25. September 2008

    @Ronny: Ein Evergreen ist immer noch Brian Grenne “Das elegante Universum”. Mir fällt leider auch kein guter Link zur Stringtheorie ein. Entweder zu kurz oder viel zu kompliziert.

  14. #14 florian
    25. September 2008

    @ruth: naja, da war ja sogar mal ein Vortrag an der Sternwarte Wien als ich auch noch da war. Aber soweit ich das mitbekommen habe ist MOND in den letzten Jahren doch immer mehr zur Außenseiteralternative geworden. Klar, möglich ist alles. Aber die Mehrheit der Leute bleibt doch eher bei der dunklen Materie und nicht bei MOND.

    @ “absurd”: also die dunkle Materie hab ich mittlerweile einigermassen verstanden (glaub ich halt) 😉 – Aber die dunkle Energie ist immer noch ziemlich mysteriös für mich. Hast du da vielleicht Ahnung? (Falls ja, wirst du gleich zu nem Gastbeitrag verdonnert!)

    P.S: Grüß unbekannterweise die Kollegin von Astropixie von mir! Die ist doch auch in Nottingham, oder?

  15. #15 Tors10
    25. September 2008

    Ist es nicht eigentlich egal welche Theorie man bevorzugt,
    solang sie ein Großteil aller Beobachtungen/Experimente
    hinreichend mathematisch äquivalent beschreiben kann.

    Bei den meisten Theorien wurden Unvollständigkeiten auch
    nachträglich erst durch Modifikationen oder Erweiterungen
    reduziert.

    Es ist ohnehin leichtsinnig die Realität mit genau einem Modell
    gleichzusetzten, da wir uns stets nur auf erfassbare Details
    verlassen können. Damit mein ich auch im Umkehrschluss
    zu behaupten die Realität sei genauso, wie es das Modell
    beschreibt.

    Von daher sollte man nicht gleich abgeneigt über Alternativ-
    theroien sein, solange sie unter ihren Rahmenbedingungen
    nicht widerlegbar sind und auch nutzbare Aussagen hervor-
    bringen.

  16. #16 Ludmila
    25. September 2008

    Von daher sollte man nicht gleich abgeneigt über Alternativ-
    theroien sein, solange sie unter ihren Rahmenbedingungen
    nicht widerlegbar sind

    Das trifft auf MOND nicht zu. Es ist widerlegbar und wurde widerlegt. So einfach ist das.

    Und Wissenschaft ist kein Selbstbedienungsbuffet, wo man sich sein Lieblingsmodell aussuchen kann. An des Grenzen des Wissens tummeln sich immer viele verschieden Erklärungsansätze, aber irgendwann trennt sich die Spreu vom Weizen, weil man mehr Daten hat, die den falschen Modellen den garaus machen. MOND ist Spreu.

    Bei den meisten Theorien wurden Unvollständigkeiten auch
    nachträglich erst durch Modifikationen oder Erweiterungen
    reduziert.

    Nein. Das ist eine weitverbreitet, aber unvollständige Sichtweise auf Theorien.

    Es ist genau das Wesen einer guten Theorie, dass sie im vorhinein Vorhersagen macht, die sich hinterher bestätigen. Eine Anpassung hinterher an die Daten ist immer gefährlich und ein sehr schwaches Argument. Es wird zwar auch oft gemacht, insbesondere mangels Alternative, aber es ist eine sehr wacklige Angelegenheit.

    Und MOND ist übrigens genau so ein Modell. Wir basteln uns was, um die Daten zu erklären. Lambda-CMD dagegen ist da schon um einiges weiter und bei weitem überlegen.

  17. #17 Tors10
    25. September 2008

    Muss ich dir leider zustimmen, da es wirklich keine guten
    Alternativen gibt.