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ein Ring dunkler Materie

Zwergen-Paradox gelöst

Seit Jahrzehnten rätseln Astronomen, warum die Theorie der Dunklen Materie so präzise Vorhersagen macht - aber bei Zwerggalaxien fortgesetzt scheitert. Neue Computersimulationen zeigen: Explodierende Sterne lösen das Problem.

kosmos 14.01.2010

Antwort wirft neue Fragen auf

Kleine Dinge machen oft große Probleme, da ist die Astronomie keine Ausnahme. Seit den 80er Jahren hat sich die Ansicht durchgesetzt, dass es neben der sichtbaren Materie noch eine weitere, unsichtbare Materieform geben muss, die sich lediglich durch ihre Schwerkraft zu erkennen gibt. Unter anderem dadurch, dass sie Galaxien zu Galaxienhaufen zusammenballt. Man nimmt an, dass durchschnittliche Galaxien lediglich zu 10 Prozent aus handelsüblicher Materie bestehen - gäbe es nur sie, wäre der Aufbau des Universums schlichtweg nicht erklärbar.

Mit dieser Lösung haben sich die Astronomen allerdings einige Probleme eingehandelt. Bis heute ist nicht bekannt, woraus die Dunkle Materie besteht. Und die entsprechenden Computermodelle funktionieren nicht überall. Die Struktur der Milchstraße und noch größerer Gebiete im All können sie zwar erklären, aber bei Zwerggalaxien versagten sie bisher.

Galaktisches Kernproblem

Sie sagen voraus, dass Zwerggalaxien eine Art Scheitelpunkt besitzen würden, dass die Materiedichte von der Mitte nach außen hin kontinuierlich abfallen sollte. Tatsächlich haben Messungen aber eine ganz andere Struktur zutage gefördert, große zentrale Kerne mit gleichbleibender Dichte. "Core-cusp dilemma" nennen Fachleute diesen Widerspruch, zu dem sich noch ein zweiter gesellt. Laut bisherigen Simulationen sollten Zwerggalaxien auch schneller rotieren als sie es tatsächlich tun.

Daraus kann man den Schluss ziehen, dass etwas mit der Theorie nicht stimmt. Oder aber, dass es dem Datenfutter der Computer noch an der nötigen Ausgewogenheit gemangelt hat.

Die Studie "Bulgeless dwarf galaxies and dark matter cores from supernova-driven outflows" ist im Fachblatt "Nature" (Bd. 463, S. 203) erschienen.

Fabio Governato von der University of Washington hat auf letzteres getippt und mit seinem Team die bisher aufwändigsten Berechnungen in dieser Angelegenheit durchgeführt. Laut einer Aussendung wurden erstmals sichtbare sowie die sogenannte Kalte Dunkle Materie ("cold dark matter") in einer Simulation vereinigt, was mehrere Millionen Stunden Rechenzeit an Supercomputern verbraucht habe. Zum Vergleich: 100 Jahre entsprechen 876.000 Stunden.

Die Lösung: Supernova-Winde

Die Zwerggalaxien in silicio sind jedenfalls, wie Governato und Co. in einer aktuellen Studie schreiben, jenen auf dem Himmelszelt äußerst ähnlich, besitzen die gleiche Struktur und bewegen sich wie ihre natürlichen Vorbilder.

Galaxienbildung in einer Comoputersimulation.

Katy Brooks

Bilder des Modells: Sechs Stationen im Wachstum einer Zwerggalaxie.

Dass Simulation und Realität neuerdings so zur Deckung kommen, verdanken die Astronomen einem bislang übersehenen Mechanismus. Laut den Berechnungen explodieren nämlich die massivsten Sterne in Form von Supernovae und reißen dabei nicht nur sichtbare Materie in das All, sondern auch Dunkle. Das senkt die Materiedichte im Inneren der Zwerggalaxien und hemmt die Bildung von Millionen von Sternen. Der Effekt sei in etwa so, als würde die Sonne plötzlich aus unserem Sonnensystem verschwinden, erklärt Governato. Wäre das der Fall, würde sich auch die Erde mangels Gravitationswirkung in die Weiten des Kosmos verabschieden.

Neutralinos - oder was?

"Die Theorie der Dunklen Kalten Materie hat schon bisher sehr gut funktioniert, wenn wir ganz allgemeine Fragen beantworten wollten. Etwa wo, wie und wie viele Galaxien entstehen", sagt Governato. "Wir haben nun eine bessere Beschreibung für die realen Vorgänge im Universum gefunden." Der Begriff "Kalt" verweist übrigens auf die Tatsache, dass diese Art Dunkler Materie mit - für kosmische Maßstäbe - geringem Tempo durch das All geflogen ist.

Versuche mit dem Teilchenbeschleuniger LHC vom Kernforschungszentrum Cern könnten in nächster Zeit auch zeigen, woraus sie besteht. Relativ gute Chancen werden einem Teilchen namens "Neutralino" eingeräumt. Dessen Existenz sagt die sogenannte Supersymmetrie-Theorie voraus - und zwar für Energiebereiche, die auch den LHC nicht überfordern würden.

Robert Czepel, science.ORF.at

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