Allgemeine Relativitätstheorie: Die Erkundung der dunklen Seite


So wie Darth Vader durch die dunkle Seite der Macht verführt wurde, so intensiv sehnen sich Physiker nach einem Verständnis der sogenannten dunklen Materie im All. Vor kurzem wurde eine minuziös berechnete Karte ihrer Verteilung in einem Teil des Himmels vorgelegt. Weitere werden in den nächsten Jahren folgen.

Von Raúl Rojas|TELEPOLIS

Astronomen haben vor kurzem bei der Tagung der American Physical Society in den USA ein Bild der Verteilung der dunklen Materie in einem Ausschnitt des Himmels vorgelegt, in dem sich zwei Millionen Galaxien tummeln.[1] Dunkle Materie, wie der Name schon andeutet, emittiert keine Photonen und macht sich sonst nur durch ihre Anziehungskraft auf die sichtbare Materie bemerkbar. Wir sehen die dunkle Materie also nicht, sie soll aber etwa 25% der Masse des Universums ausmachen, d.h. sie kann fünfmal mehr als sichtbare Materie in die Waagschale werfen.

Für etwas, das wir nicht sehen können, ist seine postulierte Existenz relativ alt: 1933 haben Fritz Zwicky und später andere Astronomen bemerkt, dass in Galaxienclustern Zentripetalkräfte wirken müssen, die allein durch die im Cluster sichtbar vorhandene Masse unmöglich wären. Mit anderen Worten: Die Galaxien werden im Cluster durch eine Anziehungskraft festgehalten, die nur durch zusätzliche unsichtbare Materie erklärbar ist. Spätere Beobachtungen haben diese Vermutung bestätigt und seitdem fahnden die Physiker nach einer plausiblen Begründung.

Da Teleskope die dunkle Materie nicht abbilden können, muss das Universum selbst als eine Art Riesenteleskop dienen. Wenn Licht aus entfernten Teilen des Kosmos zu uns durchdringt, werden die Photonen durch die vorhandene Massen abgelenkt. Große Konzentrationen von Materie wirken dabei als eine Art „Gravitationslinse“, die das Aussehen der Objekte hinter dieser Materie verzerrt. Mit Hilfe von Computern lässt sich die Verteilung der Massen, die jenen Linseneffekt produzieren, zurückrechnen. So ist Abb. 1 im Rahmen der Arbeit des Konsortiums „Dark Energy Survey“ entstanden, eine Karte in Falschfarben der Verteilung der dunklen Materie in einem Bereich des Himmels.

Die Technik, die für die Erstellung von Abb. 1 verwendet wurde, kann man als „schwache Gravitationsrefraktion“ übersetzen. Wenn man die Ellipsen von Galaxien durch eine Linse beobachtet, so die Grundidee, dann verdrehen sich die Orientierungen der Hauptachsen etwas, und zwar tangential zu Kreisen mit ihrer Mitte im Massenschwerpunkt der vorhandenen Materie. Da der visuelle Effekt sehr schwach ist, und da die Achsen von Galaxien eigentlich in eine beliebige Richtung orientiert sein können, braucht man sehr viele davon, Millionen, so dass man eine Statistik aus den verzerrten Orientierungen erstellen kann.

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