Galaxienkollisionen: Wo bleibt die mysteriöse Dunkle Materie?

Versoix (Schweiz) - Kollidierende Galaxien liefern spektakuläre Bilder aus den Tiefen des Alls. Ein internationales Team von Astronomen hat sich solche Aufnahmen nun zunutze gemacht, um dabei etwas zu vermessen, das man zunächst gar nicht sieht: Dunkle Materie. Diese sonderbare Materieform macht nach den kosmologischen Modellen sehr viel mehr Masse in unserem Universum aus als unsere gewöhnliche Materie, aus der wir gemacht sind. Sie tritt mit gewöhnlicher Materie aber nur über die Schwerkraft in Wechselwirkung. Dunkle Materie lässt sich deshalb nur dadurch nachweisen, dass sie wegen ihrer enormen Masse Galaxien schneller rotieren lässt oder über den sogenannten Gravitationslinseneffekt Licht ablenkt. Die Astronomen haben deshalb eine spezielle Methode entwickelt, um aus Galaxienkollisionen Rückschlüsse auf die Eigenschaften Dunkler Materie zu ziehen. Dies berichten die Forscher im Fachblatt „Science“.

„Wir haben mit Hilfe der Weltraumteleskope Chandra und Hubble insgesamt 72 Galaxienkollisionen untersucht, sowohl kleinere als auch größere“, berichtet Erstautor David Harvey von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne im schweizerischen Versoix. Dabei mussten sie drei Arten von Objekten auseinander halten. Einerseits leuchtende Sterne wie unsere Sonne, dann das interstellare Gas und die Dunkle Materie. Die allermeisten Sterne fliegen bei solchen Kollisionen aufgrund der gigantischen Abstände im Weltraum in großer Entfernung aneinander vorbei; nur selten wird einer aus der Bahn geworfen. Das Gas hingegen wird aufgestaut und gebremst, wobei es sich stark aufheizt. Dadurch trennen sich Sterne und Gas.

Die Dunkle Materie konnten die Forscher nur mit Hilfe des Gravitationslinseneffekts nachweisen, weil sie das Licht von weiter entfernt liegenden Galaxien ablenkt. Nach den galaktischen Kollisionen sammelte sich die Dunkle Materie anscheinend zwischen den Sternen und dem Gas. Mit Hilfe ihrer statistischen Modelle können die Wissenschaftler damit bereits einige theoretische Modelle zur Dunklen Materie ausschließen. In Zukunft, wenn mehr und schärfere Bilder von Galaxienkollisionen verfügbar sind, hoffen sie, noch wesentlich engere Grenzen ziehen zu können.

„Es scheint immer wahrscheinlicher, dass es keine Familie Dunkler Teilchen gibt, die gewissermaßen schwere Gegenstücke zur bekannten Materie sind“, sagt Harvey. Einige Modelle, die von bestimmten strukturellen Symmetrien zwischen gewöhnlicher und Dunkler Materie ausgehen, wären damit aus dem Spiel.

Aber nicht nur in den Tiefen des Alls, auch unter der Erde sind diese Messungen von Belang:Auch am Europäischen Kernforschungszentrums CERN suchen Physiker nach Effekten, die von Dunkler Materie herrühren könnten. Nach einer längeren Umrüstphase läuft der weltgrößte Teilchenbeschleuniger LHC dieses Jahr bei fast doppelter Energie wieder an und erlaubt damit bislang unerreichte Einblicke in die Welt des Kleinsten. Mit den Daten von den Galaxienkollisionen können die CERN-Forscher ihre Suche besser eingrenzen.