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ein Ring dunkler Materie

Zweifel an dunkler Materie

Eine neue Beobachtung stellt Astronomen vor Rätsel. Zwischen der Verteilung dunkler und sichtbarer Materie scheint ein unerwarteter Zusammenhang zu bestehen. Laut Forschern lassen die Beobachtungen nur zwei Schlüsse zu: Entweder die bisherigen Annahmen über die dunkle Materie sind falsch, oder es gibt sie gar nicht.

Kosmos 01.10.2009

Mysteriöser Sternenkitt

Galaxien rotieren so schnell, dass die Sterne in ihnen eigentlich aufgrund der Fliehkraft auseinandergetrieben werden müssten. Das stellte die Physikerin Vera Rubin schon vor 40 Jahren bei Untersuchungen des Andromeda-Nebels fest. Eine rätselhafte Kraft scheint das jedoch zu verhindern.

Dunkle Materie ist eine hypothetische Form von Materie, die zu wenig sichtbares Licht und andere elektromagnetische Strahlung aussendet oder reflektiert, um direkt beobachtbar zu sein. Sie macht sich durch Wechselwirkung mit sichtbarer Materie bemerkbar.

Viele Forscher vermuten daher, dass die dunkle Materie aufgrund ihrer Masseanziehung die Galaxien zusammenhält. Bisher konnte jedoch niemand den mysteriösen Sternenkitt tatsächlich nachweisen.

Das liegt auch daran, dass dunkle Materie unsichtbar ist. Nach der aktuellen Lehrmeinung kann sie im Prinzip nur auf eine einzige Weise mit "normaler" Materie interagieren: durch Gravitation, die Kraft also, die uns auf dem Boden hält.

Unmögliche Beziehungen

Die Studie in "Nature" von Gianfranco Gentile et al.: "Universality of galactic surface densities within one dark halo scale-length"

Ein europäisches Forscherteam machte nun jedoch eine erstaunliche Entdeckung, die dieses Paradigma infrage stellt. "Die dunkle und sichtbare Materie in Galaxien scheinen sich auf eine rätselhafte Weise miteinander auszutauschen", so einer der Studienautoren, Benoit Famaey. "Die dunkle Materie scheint irgendwie viel zu genau zu 'wissen', wie die sichtbare Materie in Galaxien verteilt ist."

Zusammen mit Kollegen aus Belgien, Schottland und Italien berechnete er, wie groß die Menge dunkler Materie in den inneren Regionen verschiedener Galaxien anhand der Beobachtungsdaten sein müsste. "Dabei haben wir eine Beziehung zwischen den beiden Materieformen festgestellt, die es eigentlich gar nicht geben dürfte", sagte er.

Beschleunigung macht dunkle Materie notwendig

Merkwürdigerweise scheinen sich die Sterne im Zentrum großer Galaxien normal zu verhalten. Man kann sich eine kugelförmige Grenzfläche denken, die das Zentrum umschließt. Innerhalb dieser Grenzfläche braucht man die dunkle Materie gar nicht. Außerhalb verläuft der "Sternentanz" aber nicht mehr wie eigentlich erwartet.

Die Forscher setzten nun die Größe der Grenzfläche zur Gesamtmasse der sichtbaren Materie in Beziehung, die von ihr umschlossen wird. Erstaunlicherweise ist diese "Flächendichte" konstant - ein völlig unerwartetes Ergebnis. Man kann es nämlich so interpretieren, als würde die dunkle Materie erst ab einer bestimmten Beschleunigung nötig.

Physikalische Lücken

"Irgendetwas geht da vor, das nicht in das bisherige Paradigma passt", meint Famaey. Die Analysen legen seiner Meinung nach zwei mögliche Erklärungen nahe: Entweder sei die Interaktion zwischen normaler und dunkler Materie komplexer als bisher gedacht. Oder - und diese Lösung sei in vielerlei Hinsicht weit einfacher - die Gravitationsgesetze von Newton und Einstein müssten modifiziert werden. In den galaktischen Dimensionen würden dann größere Gravitationskräfte wirken.

Der israelische Wissenschaftler Mordehai Milgrom hatte diese Überlegung bereits 1983 angestellt. "Die jetzigen Beobachtungen decken sich genau mit dem, was Milgrom vorhergesagt hat", sagte Pavel Kroupa vom Bonner Argelander-Institut für Astronomie. "Sie sind ein weiterer eindrucksvoller Hinweis, dass die Newton'sche Gravitationstheorie so nicht stimmen kann."

Die modifizierte Newton'sche Dynamik wurde bereits 1983 von Mordehai Milgrom als Alternative zum Postulat der dunklen Materie vorgeschlagen.

"Unsere Analysen zeigen, dass die zusätzlich benötigten Gravitationskräfte sehr stark mit der Verteilung der sichtbaren Materie zusammenhängen", bestätigt Famaey. "Durch eine Modifikation der Gravitationstheorie ließe sich dieser Befund problemlos erklären - schließlich wäre dann die sichtbare Materie die einzige Quelle der Gravitation." Kroupa ergänzt: "Im Angesicht dieser Resultate scheint es immer deutlicher zu werden, dass die heute bekannte Physik der Galaxien und der Kosmologie ernsthafte Lücken aufweist."

science.ORF.at/idw

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