Neue Methode macht Verteilung von Dunkler Materie „sichtbar“

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Der Galaxienhaufen „Abell S1063“ in einer Hubble-Aufnahme: Die gewaltige Masse des Galaxienhaufen, die sowohl aus gewöhnlicher wie aus Dunkler Materie besteht, wirkt als kosmische Gravitationslinse für dahinterliegende Objekte. Bislang haben Astronomen hauptsächlich diesen Gravitationslinseneffekt zur Berechnung der Verteilung der Dunklen Materie im Innern der Galaxienhaufen genutzt.
Copyright: NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia

Sydney (Australien) – Mit Hilfe des Weltraumteleskops „Hubble“ haben Astronomen eine neue Methode angewandt, um die Verteilung sogenannter Dunkler Materie in Galaxienhaufen sehr viel genauer sozusagen sichtbar zu machen, als dies bislang möglich war.

Wie Mireia Montes von der australischen University of New South Wales und Ignacio Trujillo vom spanischen Instituto de Astrofísica de Canarias aktuell im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/sty2858) berichten, könnte die neue Methode auch dazu genutzt werden, um herauszufinden, aus was Dunkle Materie überhaupt besteht und ihre tatsächlichen Eigenschaften zu ergründen.

Laut den bisherigen Vorstellungen macht die sog. Dunkle Materie den Großteil der im Universum vorhandenen Materie aus. Die beiden Astronomen haben nun im Rahmen des Hubble-Programms „Frontier Fields“ die Verteilung dieser Dunklen Materie ins Visier genommen.

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„Wir haben einen Weg gefunden, Dunkle Materie sozusagen sichtbar zu machen“, erläutert Montes. „Wir nutzen das schwache Licht aus dem Innern ferner Galaxienhaufen, das sogenannte ‚intracluster light‘, um die Verteilung der Dunklen Materie darin aufzuzeigen.“ Die folgende Videoanimation wechselt Ansicht zwischen einer früheren Hubble-Originalaufnahme des Galaxienhaufens „MACS J0416.1–2403“ und der Aufnahme des Frontier-Field-Teams, durch die das sog. „intracluster light“ (Blautöne) hervorgehoben wird.

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Bei diesem Licht handelt es sich sozusagen um ein Nebenprodukt der Interaktion zwischen den Galaxien: Während diesen Wechselwirkungen werden Sterne aus ihrer Heimatgalaxie gerissen und treiben dann frei innerhalb des Galaxienhaufens. „Ihren Galaxien einmal entrissen, enden die meisten dieser Sterne meist dort, wo sich auch die sonstige Masse der Galaxienhaufen – und damit auch ein Großteil der dortigen dunklen Materie sammelt. (…) Diese Sterne haben dann eine identische Verteilung wie die Dunkle Materie, die wir auf diese Weise mit der uns zur Verfügung stehenden Technologie untersuchen können. Sowohl die Dunkle Materie als auch die derart isolierten Sterne – von denen das ‚intracluster light‘ ausgeht, wirken wie kollisionsfreie Komponenten und folgen damit dem Gravitationspotential des Galaxienhaufens selbst.“

In ihrer Studie zeigen die Astronomen, dass das Licht aus dem Inneren des Galaxienhaufens sich mit der Dunklen Materie ausrichtet, wodurch deren Verteilung genauer untersucht werden kann, als mit bisherigen Methoden. Dabei übertreffe die neue Methode, die sogenannte Gravitationslinsen zur Untersuchung Dunkler Materie nutzt.

Mit ihr, so zeigen sich die beiden Astronomen schon jetzt zuversichtlich, könne auch die Natur der Dunklen Materie selbst untersucht werden: „Sollte die Dunkle Materie mit sich selbst interagieren, so sollten wir diese Wechselwirkung anhand kleiner Ausreißer innerhalb der Verteilung der Dunklen Materie im Verhältnis zum schwachen isolierten Sternenleuchten feststellen können“, erläutert Trujillo.

Derzeit ist über die Natur der Dunklen Materie lediglich bekannt, dass sie mit der für uns normalen und sichtbaren Materie lediglich über ihre Schwerkraft wechselwirkt. „Wenn wir auf diese Weise nun herausfinden würden, dass Dunkle Materie auch mit sich selbst wechselwirkt, wäre dies eine bedeutende Erkenntnis bei der Beantwortung der Frage, um was es sich bei dunkler Materie überhaupt handelt“, so die Wissenschaftler.

Derzeit untersuchen die Astronomen, weitere Galaxienhaufen, um ihre Methode zu testen und hoffen schon jetzt auf den Einsatz des Hubble-Nachfolgers, dem James Webb Space Telescope (JWST).

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