Zürich - Eine internationale Forschungsgruppe hat es eigenen Angaben zufolge geschafft, einen Widerspruch im Modell der kalten Dunklen Materie (die sogenannte "kalte-Dunkle-Materie-Katastrophe") bei der Simulierung der Entstehung von scheibenförmigen Zwerggalaxien zu lösen. Dieses Modell erklärt die Verteilung der Galaxien und der Standardmaterie im Universum. Bei der Anwendung in sehr großen Dimensionen - in der Größenordnung von Milliarden von Lichtjahren - stehen Modellvoraussage und astronomische Beobachtungen im Einklang, gab die Universität Zürich in einer Aussendung bekannt.

Rätsel

In der Größenordnung von Einzelgalaxien - also in Dimensionen von hundert bis tausend Lichtjahren - hingegen versagt das Modell und führt zu einem Widerspruch mit der gemessenen Realität. Gemäß Modellvorhersage müsste das Zentrum einer Galaxie nämlich schneller rotieren als dies die astronomischen Messungen effektiv anzeigen. Zudem müsste es im Zentrum einer Galaxie eine wesentlich höhere Dichte an kalter Dunkler Materie geben als dies der Fall sein kann.

Seit bald zwei Jahrzehnten versuchen Forscher ein Erklärungsmodell für das unterschiedliche Verhalten der dunklen Materie in unterschiedlichen Größenordnungen zu finden. Nun beschreibt eine internationale Forschungsgruppe, darunter Lucio Mayer von der Universität Zürich als einer der drei wissenschaftlichen Leiter, die Lösung des Rätsels im Wissenschaftsjournal "Nature".

Lösung dank Simulation

Die Forscher simulierten die Entstehung von scheibenförmigen Zwerggalaxien und modellierten erstmals nicht das allein durch die Gravitation gesteuerte Verhalten der kalten Dunklen Materie, sondern berücksichtigten den komplexen Einfluss der normalen, sichtbaren Materie (baryonische Materie). Dunkle Materie macht in einer Galaxie mit 83 Prozent zwar den Löwenanteil aus, wird aber, wie die Wissenschafter in ihrer Publikation aufzeigen konnten, von der baryonischen Materie ebenfalls beeinflusst.

Mit Hilfe verschiedener Supercomputer wurde im Modell nachgewiesen, dass bei einer Supernova-Explosion nicht nur Gase, sondern auch kalte Dunkle Materie aus dem Zentrum der Galaxie geschleudert werden. Bei Supernova-Explosionen werden mit einem Schlag große Mengen an normaler, sichtbarer Materie aus dem Zentrum der Galaxie entfernt. Dies führt dazu, dass sich die Dunkle Materie stärker ausdehnt, ihre Dichte abnimmt und sich folglich die Rotationsgeschwindigkeit der Zwerggalaxie verringert. Damit sei der scheinbare Widerspruch zum Modell aufgelöst und die "kalte-Dunkle-Materie-Katastrophe" erklärbar geworden, so die Forscher. (red)