Galaktischer Zusammenstoß erschüttert Theorien über Dunkle Materie

13. Februar 2008, 16:37
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Kosmologen tappen buchstäblich im Dunkeln: Das finstere Herz des Galaxien-Haufens Abell 520 verhält sich nicht so, wie es sollte

Zwei Galaxien-Haufen rasen aufeinander zu, stoßen zusammen und bilden einen gemeinsamen größeren Cluster. Kosmische Ereignisse wie dieses sind den Astronomen nichts Neues - beunruhigend unbekannt ist für die Forscher allerdings, was bei einem speziellen Crash dieser Art im Sternbild Orion herausgekommen ist: sie entdeckten Dunkle Materie, die sich ganz und gar nicht so verhält, wie sie es entsprechend der gängigen Theorie tun sollte. Eine neue Form der Dunklen Materie? Die Kosmologen basteln bereits an ideenreichen Hypothesen, aber keine scheint so recht zu passen.

Der massive Galaxien-Haufen Abell 520 liegt rund drei Milliarden Lichtjahre von der Milchstraße entfernt und ist das Ergebnis eines Zusammenstoßes zweier Cluster, die mit hoher Geschwindigkeit aufeinander trafen. Die Astronomen untersuchten die galaktische Anhäufung dahingehend, wie und wo das Licht durch Gravitationseffekte gebeugt wird. Dies ermöglichte es ihnen zu bestimmen, wo die größten Materie-Ansammlungen innerhalb des Clusters liegen.

Es stellte sich heraus, dass Abell 520 im Inneren einen massiven dunklen Kern beherbergt, der keine Galaxien enthält. Einen Teil dieses Kerns bilden heiße Gase, wie Messungen im Röntgenlicht ergaben. Der Rest jedoch verbarg sich buchstäblich in Finsternis. Die naheliegende Annahme der Astronomen war, dass es sich um Dunkle Materie handelt, wie sie auch in anderen Bereichen des Alls festgestellt wurde.

Dunkle Materie mit Eigenleben

Fein raus waren die Astronomen mit dieser Erklärung allerdings nicht: Dunkle Materie und Galaxien bleiben erfahrungsgemäß beisammen; in dem beobachteten Cluster tun sie das aber nicht, sondern haben sich von einander getrennt. Warum das so ist, bleibt den Forschern ein Mysterium.

Zunächst versuchten sich die Wissenschafter mit Computermodellen zu behelfen. Sie experimentierten mit verschiedenen Anfangsbedingungen, die dazu führen sollten, dass sich die Galaxien am Ende gegenseitig durch Gravitationskräfter aus dem Kern heraus und an den Rand drängen. Doch selbst unter den unwahrscheinlichsten Annahmen führten die Simulationen nicht zu jener Situation, die in Abell 520 zu beobachten ist.

Darum griffen die Forscher zu einer spektakuläreren Theorie: Wenn sich die Galaxien nicht gegenseitig aus dem Kern schubsten, dann könnte die Dunkle Materie selbst eine aktivere Rolle in der Angelegenheit spielen. Ihre Annahmen gingen davon aus, dass das schwarze "Nichts" durch die Kollision der ursprünglichen beiden Galaxien vom Rest getrennt wurde, so wie dies mit Gaswolken geschehen kann, wenn galaktische Haufen ineinander stoßen.

Nur widerspricht diese Erklärung den Vorstellungen von den Eigenschaften der Dunklen Materie. Diese Substanz gilt entsprechend den bisherigen Beobachtungen als schlüpfrig und nur wenig interaktiv mit der restlichen Materie - und sogar mit sich selbst: "Wir gehen davon aus, dass Wolken von Dunkler Materie, die aufeinander treffen, einander geradewegs durchdringen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen," erklärt Arif Babul, Mitglied des Astronomenteams an der Victoria-Universität in Kanada, das sich mit Abell 520 auseinander setzt.

Eine neue Art von Materie?

Sollte es also zwei Arten von Dunkler Materie geben? Babul hält dies durchaus für möglich, allerdings missfällt ihm die Vorstellung, eine weitere hypothetischen Substanz zu "erfinden", um die rätselhaften Vorgänge in Abell 520 erklären zu können. "Dies würde uns in eine unbequeme Position bringen. Vielleicht ist das Universum tatsächlich so beschaffen, aber ich kann mir gut vorstellen, dass diese Idee auf viel Widerstand treffen würde."

Eine weitere Erklärungs-Idee gefällt ihm ebenso wenig. Einige Forscher beziehen sich im Zusammenhang mit der Dunklen Materie von Abell 520 auf die so genannte MOND-Theorie, die sich auf ein modifiziertes Gravitations-Modell stützt. "Wir haben es versucht, aber unsere Daten passen nicht in dieses Schema," sagt Babul.

Kosmos in Frage

Der Kosmologe David Spergel von der Princeton Universität in New Jersey geht noch einen Schritt weiter: "Die große Frage ist, ob die Beobachtungen an Abell 520 nicht sogar das Standard-Modell unseres Kosmos' im ganzen erschüttert."

Vielleicht können weitere Beobachtungen Licht in die mysteriöse Dunkle Materie der Cluster-Kollision bringen. Das Astronomen-Team plant als nächstes das Auge des Hubble Weltraumteleskops auf Abell 520 zu richten. (red)

---> Wissen: Dunkle Materie und die MOND-Theorie

Wissen: Dunkle Materie und die MOND-Theorie

Warum verhalten sich Galaxien und ihre Ansammlungen, als ob sie massiver wären, als sie zu sein scheinen?

Dunkle Materie

Beinahe ein Viertel der Masse in unserem Universum scheint aus einer Substanz zu bestehen, die unsichtbar ist. Niemand weiß exakt, wie diese Dunkle Materie aussieht oder woraus sie besteht, aber dass sie existiert, ist inzwischen allgemein unbestritten. Unter Kosmologen herrscht weithin Konsens, dass Dunkle Materie dafür verantwortlich ist, dass Galaxien nicht einfach auseinander fliegen. In und rund um Galaxien verteilt sorgt die Dunkle Materie für jene fehlende Gravitationskraft, die alle sichtbaren Objekte zusammen nicht in der Lage sind aufzubringen, um auch die äußersten Sonnen an eine Sternenansammlung, wie etwa unserer Milchstraße, zu binden. Dunkle Materie erklärt auch, warum Galaxien-Haufen, so genannte Cluster, so aussehen, wie sie nun mal aussehen.

MOND-Theorie (Modifizierte Newtonsche Dynamik)

Einige wenige Astronomen glauben an eine alternative Erklärung zu den fehlenden Gravitationskräften. Sie basiert auf der Annahme, dass das Newtonsche Gravitationsgesetz nicht immer und überall gleich gültig ist. Der israelische Physiker Mordehai Milgrom hatte die MOND-Theorie bereits 1983 vorgeschlagen. Sie erklärt die Bewegungs-Eigenschaften von Galaxien - insbesondere die wachsenden Umlaufgeschwindigkeiten der Sterne in den Außenbereichen der Galaxien - nicht mit der "anziehenden" Kraft unsichtbarer Materie. Im Kern versucht das Postulat darzulegen, warum die Rotationsgeschwindigkeit, gemäß den Beobachtungen, in einem großen Abstand konstant bleibt und nicht von diesem Abstand abhängt. (red)

  • Der Galaxien-Haufen Abell 520 im Sternbild Orion gibt den Kosmologen Rätsel auf: Warum verhält sich die Dunkle Materie dort so untypisch?
    foto: nasa/cxc/uvic./a.mahdavi et al.

    Der Galaxien-Haufen Abell 520 im Sternbild Orion gibt den Kosmologen Rätsel auf: Warum verhält sich die Dunkle Materie dort so untypisch?

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