Donnerstag, 19. April 2012

Aktuelle Studie findet keine Hinweise auf Dunkle Materie rund um die Sonne

Künstlerische Darstellung der erwarteten Verteilung der Dunklen Materie um die Milchstraße. Zumindest im Umfeld der Sonne gibt es jedoch keine Hinweise auf ihre Existenz (Illu.). | Copyright: ESO/L. Calçada

Conception/ Chile - Im Rahmen der bislang genauesten Untersuchung der Bewegungen von Sternen in der Milchstraße haben chilenische Astronomen keinen Hinweis auf die Existenz sogenannter Dunkler Materie in einem großen Raumbereich rund um die Sonne ergeben. Gängigen Theorien zufolge sollte es in unserer kosmischen Nachbarschaft jedoch beachtliche Mengen dieser rätselhaften und unsichtbaren Materie geben, die sich jedoch nur durch ihre Schwerkraftwirkung verraten würden. Die Studie offenbart damit die Diskrepanz zwischen diesen Theorien und neuen Beobachtungen. Diese Erkenntnis könnte auch bedeuten, dass Versuche, Dunkle-Materie-Teilchen auf der Erde nachzuweisen, wenig erfolgversprechend sind.

Mit dem MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop am La Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) und weiteren Teleskopen haben Astronomen chilenischer Institute die Bewegungen von mehr als 400 Sternen in einer Entfernung von bis zu 13.000 Lichtjahren von der Sonne vermessen. Auf Grundlage dieses Datensatzes berechneten die Astronomen dann die Gesamtmasse aller Materie in dieser Umgebung der Sonne. Ihre Auswertung umfasst dabei ein viermal größeres Volumen als vorangehende Studien.

"Die von uns gefundene Gesamtmasse entspricht sehr genau der Masse aller sichtbaren Materie - also von Sternen, Staub und Gas - in der Sonnenumgebung", erläutert Teamleiter Christian Moni Bidin vom Departamento de Astronomía der Universidad de Concepción in Chile. "Das lässt keinen Raum für zusätzliche Materie - die Dunkle Materie -, die wir eigentlich erwartet hätten. Sie hätte sich bei unseren Beobachtungen sehr deutlich zeigen müssen, aber sie ist einfach nicht da."

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Mit der Bezeichnung "Dunkle Materie" beschreiben Astrophysiker eine hypothetische Substanz, die weder optische noch anders geartete elektromagnetische Strahlung aussendet oder absorbiert und aus diesem Grund also auch nicht direkt zu beobachten ist. Das kosmologische Standardmodell geht jedoch von ihrer Existenz aus, da mit ihr kosmische Gravitationsphänomene auch mit den anerkannten Gravitationsgesetzen erklärbar werden, die ohne das Vorhandensein der mysteriösen Dunklen Materie nicht zu erklären wären. Zu diesen Phänomenen gehört beispielsweise die Frage, warum sich die äußeren Bereiche der Galaxien - auch unserer Milchstraße - schneller als erwartet um die Galaxienzentren bewegen. Mittlerweile ist die Dunkle Materie darüber hinaus ein zentraler Bestandteil vieler Theorien zur Entstehung und Entwicklung der Galaxien. Anhand des Standardmodells gehen Wissenschaftler bislang davon aus, dass Dunkle Materie etwa 80 Prozent der gesamten Masse im Universum ausmacht – und das, obwohl diese Materieform bisher allen Anstrengungen, ihre genauen Eigenschaften aufzuklären, erfolgreich widerstanden hat. Auch die diversen Versuche, Dunkle Materie auf der Erde im Labor nachzuweisen, haben bislang keinen definitiven Nachweis erbringen können.

Für die aktuelle Studie, haben die beteiligten Astronomen die Bewegungen der Sterne sehr genau vermessen, wobei ihr besonderes Augenmerk weit von der Milchstraßenscheibe entfernten Sternen galt. So konnten die Forscher Rückschlüsse auf die insgesamt vorhandene Menge an Materie ziehen. Die Bewegungen der Sterne werden von der kombinierten Schwereanziehung aller vorhandenen Materie bestimmt. Sterne tragen dazu ebenso bei wie die in der Dunklen Materie verborgenen Masse.

Der in der aktuellen Studie untersuchte Raum um unsere Sonne (Illu.) | Copyright: ESO/L. Calçada

Den von Astronomen favorisierten Modellen der Entstehung und Rotation von Galaxien zufolge sollte die Milchstraße von einem Halo aus Dunkler Materie umgeben sein. Dessen genaue Form ist zwar beim jetzigen Forschungsstand noch nicht bekannt, aber man erwartet auch in der Sonnenumgebung nennenswerte Mengen an Dunkler Materie. Der nun entdeckte Mangel an Dunkler Materie in unserer Nachbarschaft wäre nur durch eine sehr unwahrscheinliche Form des Halos zu erklären - wie zum Beispiel eine senkrecht zur Scheibe langgestreckte Struktur in Form eines Rugbyballs.

"Den neuen Ergebnisse nach dürften wohl auch sämtliche Versuche, die Dunkle Materie hier auf der Erde durch die seltenen Wechselwirkungen zwischen Dunkler und normaler Materie nachzuweisen, nicht zum Erfolg führen", erläutert die ESO-Pressemitteilung.

"Trotz der neuen Resultate bleibt es eine Tatsache, dass die Milchstraße insgesamt viel schneller rotiert, als durch die normale Materie alleine erklärt werden kann. Wenn die Dunkle Materie also nicht dort gefunden wird, wo wir sie erwartet hätten, ist eine neue Lösung für das Problem der fehlenden Masse nötig. Unsere Ergebnisse widersprechen den derzeit anerkannten Modellen. Die Dunkle Materie ist damit noch ein Stück geheimnisvoller geworden. Zukünftige Messkampagnen wie die der GAIA-Mission der ESA werden von entscheidender Wichtigkeit sein, um in dieser Frage Fortschritte zu erzielen”, schließt Moni Bidin.



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