Mittwoch, 15. April 2015

Dunkle Materie vielleicht doch nicht ganz so dunkel? Erste Anzeichen von mit sich selbst wechselwirkender Dunkler Materie entdeckt


Hubble-Aufnahme des Galaxienhaufens Abell 3827 mit Verteilung der Dunklen Materie | Copyright: ESO/R. Massey

Durham (England) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) und dem Weltraumteleskop Hubble haben Astronomen erstmals Beobachtungen gemacht, die daraufhin deuten, dass Dunkle Materie anders als nur über ihre Schwerkraft mit anderer Dunkler Materie in Wechselwirkung tritt. Somit wäre die sogenannte Dunkle Materie vielleicht doch nicht ganz so "dunkel" wie bislang angenommen.

Wie das Team um Richard Massey von der Universität Durham aktuell im Fachjournal "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" berichtet, beobachteten sie mit dem MUSE-Instrument am VLT in Chile zusammen mit Hubble-Bildern aus dem Erdorbit die gleichzeitige Kollision von vier Galaxien im Galaxienhaufen "Abell 3927". Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler die Lage der Masse innerhalb des Systems bestimmen und die Verteilung der Dunklen Materie mit den Positionen der hell leuchtenden Galaxien vergleichen.


"Obwohl man die Dunkle Materie nicht sehen kann, war das Team in der Lage, ihre Verteilung aufgrund des Gravitationslinseneffekts abzuleiten, den ihre Masse auf das Licht von Hintergrundgalaxien ausübt", erläutert die ESO-Pressemitteilung und führt weiter aus: "Die Kollision ereignete sich geradewegs vor einer fünften Hintergrundgalaxie, deren Abbild von der Kollision im Vordergrund verzerrt wird. Die Masse der Dunklen Materie um die wechselwirkenden Galaxien stört die Raumzeit sehr stark und erzeugt charakteristische bogenförmige Strukturen.


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Nach unserem gegenwärtigen Verständnis befinden sich alle Galaxien innerhalb von Klumpen Dunkler Materie. Ohne die anziehende und somit zusammenhaltende Wirkung der Schwerkraft der Dunklen Materie würden Galaxien wie die Milchstraße auseinandergerissen, während sie rotieren. Um dies zu verhindern, müssen 85% der Masse des Universums als Dunkle Materie existieren. Trotzdem bleibt deren wahre Natur ein Geheimnis."

Bei ihren Beobachtungen fanden die Astronomen heraus, dass ein Klumpen Dunkler Materie hinter der Galaxie zurückzubleiben scheint, zu der er gehört. Die Dunkle Materie liegt gegenwärtig 5000 Lichtjahre - also 50.000 Billionen Kilometer - hinter der Galaxie. "Solche Verzögerungen in der Bewegung von Dunkler Materie und im Vergleich zur assoziierten Galaxie, sollten bei Kollisionen auftreten, wenn die Dunkle Materie über andere Kräfte als die Gravitation mit sich selbst wechselwirkt, wenn auch sehr gering. Nie zuvor ist Dunkle Materie dabei beobachtet worden, in irgendeiner anderen Weise als über die Schwerkraft zu interagieren."


"Wir dachten bislang immer, dass Dunkle Materie einfach da ist und abgesehen von ihrer gravitativen Anziehung nichts tut", so Massey. "Aber wenn Dunkle Materie durch diese Kollision verlangsamt worden ist, könnte es der erste Hinweis für eine reichhaltige Physik im dunklen Sektor sein - das verborgene Universum überall um uns herum."


Zugleich geben die Forscher aber auch zu bedenken, dass noch weitere Studien zu anderen Effekten notwendig sind, die ebenfalls die Ausbildung eines Abstands zwischen Galaxie und dazugehöriger Dunkler Materie bewirken könnten. Ähnliche Beobachtungen von weiteren Galaxien und Computersimulationen von Galaxienkollisionen wären sehr hilfreich.


"Wegen der gravitativen Wechselwirkungen, die dem Universum seine Struktur gegeben hat, wissen wir, dass die Dunkle Materie existiert. Aber zur Zeit wissen wir noch beschämend wenig darüber, was die Dunkle Materie wirklich ist. Unsere Beobachtungen legen nahe, dass Dunkle Materie auch anderen Kräfte als die Gravitation für Wechselwirkungen nutzen könnte. Wenn dem tatsächlich so wäre, könnten wir einige bedeutende Theorien ausschließen, die beschreiben, um was es sich bei Dunkler Materie handeln könnte", kommentiert die Mitautorin Liliya Williams von der Universität von Minnesota.


Die neue Studie folgt dem vor kurzem veröffentlichten Artikel des Teams, in dem 72 Kollisionen zwischen Galaxienhaufen untersucht wurden, mit dem Ergebnis dass Dunkle Materie nur sehr wenig mit sich selbst wechselwirken kann (also sogar noch "dunkler" wäre als bislang gedacht). Die neue Studie beschäftigt sich jedoch mit den Bewegungen individueller Galaxien im Gegensatz zu ganzen Galaxienhaufen. Die Forscher gehen davon aus, dass die Kollision zwischen diesen Galaxien länger gedauert haben könnte als die Kollisionen, die man in der vorherigen Studie beobachtet hat - was den Effekt, den kleine Reibungskräfte ausüben, sich über längere Zeit aufbauen und so eine messbare Verzögerung schaffen lässt.


Hierzu erläutert die ESO, dass "die beiden Ergebnisse zusammengenommen das Verhalten von Dunkler Materie zum ersten Mal eingrenzen. Dunkle Materie interagiert mehr als das eine, aber weniger als das andere. Massey ergänzt abschließend: "So nähern wir uns unserem Ziel – der Dunklen Materie – von oben und von unten und quetschen dabei unser Wissen von zwei Richtungen zusammen."


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