Das Rätsel der dunklen Materie gehört zu den wichtigsten Forschungsgebieten der modernen Astrophysik. Schon seit den 1930er Jahren wissen wir, dass da draußen jede Menge Materie sein muss, die wir aber nicht sehen können. Je nachdem, mit welcher Methode man die Masse im All misst, bekommt man unterschiedliche Ergebnisse. Man kann einfach die Massen aller sichtbaren Objekte (Sterne, Galaxien, etc) addieren und eine Gesamtmasse berechnen. Oder man betrachtet die wirkende Gravitationskraft und bestimmt daraus, wie groß die Masse sein muss, um in der entsprechende Stärke wirken zu können. Ein Beispiel: Die Galaxien in einem Galaxienhaufen bewegen sich alle mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Wenn sie zu schnell werden, dann kann die gesamte Gravitationskraft aller Galaxien des Haufens sie nicht mehr halten und sie fliegen davon: Der Haufen löst sich auf. Je schneller die Galaxien, desto mehr Masse muss also auch im Haufen enthalten sein, um sie weiterhin festzuhalten. Die Beobachtungen der Astronomen zeigen aber immer wieder, dass sich die Galaxien in Galaxienhaufen viel zu schnell bewegen! Zumindest wenn man nur die Masse berücksichtigt, die man sehen kann! Damit die Haufen trotzdem so zusammenhalten, wie sie es tun, muss da noch viel mehr Masse sein. Materie, die wir nicht sehen können: Dunkle Materie!
Auch andere, unabhängige Messungen (zum Beispiel die Messung der Geschwindigkeite von Sternen in Galaxien) zeigen immer wieder das gleiche Bild: Es muss viel mehr Masse geben, als wir sehen können. Wir wissen also, das da irgendwas ist. Aber wir wissen noch nicht, was es ist. Neue Beobachtungen machen die Sache noch ein kleines Stück rätselhafter. Aber vielleicht bringen sie uns auch ein Stück weiter.
Christian Moni Bidin von der Universidad de Concepcíon in Chile hat sich mit seinen Kollegen die dunkle Materie in der galaktischen Umgebung der Sonne genauer angesehen. Natürlich nicht im wörtlichen Sinn – aber man wollte aus der Bewegung der Sterne in unserer Nachbarschaft neue Hinweise auf die Verteilung und die Natur der dunklen Materie gewinnen. Das hat auch geklappt – aber ganz anders, als man sich das so vorgestellt hat.
Den Moni Bidin und seine Kollegen haben nichts gefunden. Die bei ihre Beobachtungen und Berechnungen gefundene Gesamtmasse ist innerhalb der Fehlergrenzen identisch mit der Masse aller sichtbaren Materie. Das klingt jetzt nach einem massiven Widerspruch zu dem was ich oben erzählt habe. Ganz so einfach ist die Sache aber nicht.
Moni Bidin und seine Kollegen haben nur einen kleinen Teil der Milchstraße untersucht. Dinge innerhalb unserer eigenen Galaxie zu analysieren ist oft überraschend schwer. Eben weil wir mitten drin sind. Wir können leicht detaillierte Bilder anderer Galaxien machen und ihre Form in allen Einzelheiten untersuchen. Die Form unserer eigenen Galaxie dagegen kennen wir lange nicht so detailliert und es war viel schwieriger, die entsprechenden Informationen zu gewinnen! Bei der dunklen Materie ist es ähnlich. Wenn wir ferne Galaxienkollisionen und Galaxienhaufen beobachten, dann lassen sich die Auswirkungen der dunklen Materie gut sehen. Aber wie es in unserer unmittelbaren Nachbarschaft aussieht, ist schwerer zu sagen. Das hängt von der Natur der dunklen Materie ab und die kennen wir noch nicht. Wir wissen nicht, um welche Art von Materie es sich handelt und können daher auch nicht im Detail vorhersagen, wie sie sich verhalten wird. Die aktuellen Hypothesen gehen davon aus, dass die dunkle Materie aus bisher unbekannten Elementarteilchen, den WIMPs, besteht. Und die aktuellen Hypothesen über die Natur der WIMPs legen nahe, dass alle Galaxien in riesige, sphärische Wolken aus dunkler Materie eingebettet sind.
Die Messungen von Moni Bidin und seinen Kollegen legen nun nahe, dass das nicht stimmt. Solche Halos aus dunkler Materie hätten sie bei ihren Untersuchungen eigentlich finden müssen! Haben sie die dunkle Materie nun widerlegt? Nein, natürlich nicht. Moni Bidin und sein Team haben in ihrer Arbeit keine direkten Messungen gemacht, sondern eine neue mathematische Formel aufgestellt aus der sich mit Hilfe von Beobachtungsdaten die Massendichte in der galaktischen Umgebung berechnen lässt. Um diese Formel aufstellen zu können, mussten die Forscher bestimmte Dinge voraussetzen – sie basiert auf zehn verschiedenen Hypothesen über die Eigenschaften unserer Milchstraße. Zu viele für meinen Geschmack, aber da ich kein Experte für die galaktische Astronomie bin und die Autoren in ihrem Artikel alle Annahmen begründet und besprochen haben, gehe ich erstmal davon aus, dass damit erstmal alles in Ordnung ist. Sollten hier Fehlerquellen versteckt sein, dann werden sich die Experten hier sicher bald zu Wort melden!
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