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Die detaillierteste Karte der dunklen Materie im Universum zeigt kosmische Leerräume — in denen die Gesetze der Physik nicht zu gelten scheinen

·Lesedauer: 4 Min.
Teleskope wie das Victor M. Blanco Teleskop in Chile haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern geholfen, unser Universum zu kartieren.
Teleskope wie das Victor M. Blanco Teleskop in Chile haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern geholfen, unser Universum zu kartieren.

Astronominnen und Astronomen haben die bisher detaillierteste Karte der gesamten dunklen Materie im Universum erstellt. Das ist keine leichte Aufgabe, denn die dunkle Materie ist nicht sichtbar. Die Wissenschaftler sind sich dennoch sicher, dass dieser nicht sichtbare Begleiter der regulären Materie existiert. Das liegt an der enormen Gravitationskraft dieser dunklen Materie. Sie bündelt ganze Galaxien. Auf Basis bisheriger Beobachtungen und Untersuchungen gehen Astronomen davon aus, dass die dunkle Materie etwa ein Viertel des gesamten Universums ausmacht.

Die neue Karte, die diese Materie darzustellen versucht, ist das Ergebnis jahrelanger Arbeit einer Gruppe von 400 Wissenschaftlern aus insgesamt sieben Ländern. Die Forschungsgruppe ist auch bekannt als "Dark Energy Survey" (DES). Für ihre Forschung bauten sie das Victor M. Blanco Teleskop in Chile. In den Himmel gerichtet nutzt die Gruppe es, um Millionen von Galaxien zu beobachten, die von der dunklen Materie zusammengehalten werden. Die Verteilung dieser Galaxien und die Art und Weise, wie das Licht von ihnen die Erde erreicht, kann Aufschluss darüber geben, wie viel dunkle Materie sich zwischen diesen Galaxien und unserem Planeten befindet.

In dieser Woche hat die Forschungsgruppe des DES eine Reihe von Studien veröffentlicht. Mithilfe der Untersuchungen zeigte das Team, dass das Universum mit riesigen Galaxienhaufen gespickt ist, die dicht beieinander liegen. Diese Regionen, wo sich Galaxien bündeln, entsprechen ebenfalls den Gebieten, in denen auch die dunkle Materie dicht vorzufinden ist. Das Forschungsteam hat darüber hinaus eine detaillierte Karte erstellt, die etwa ein Achtel des von der Erde aus gesehenen Himmels abdeckt. Diese Karte verzeichnet auch die Bereiche des Universums, die fast leer sind – leer sowohl von der dunklen Materie als auch von Galaxien.

„Es zeigt uns neue Teilbereiche des Universums, die wir noch nie zuvor gesehen haben. Wir können eine Art Struktur des kosmischen Netzes sehen, darunter auch diese enormen Gebilde, die kosmische Leerräume genannt werden. Als kosmische Leerräume werden sehr dichte Regionen des Universums bezeichnet, in denen es sehr wenige Galaxien und weniger Materie gibt“, erklärte Niall Jeffrey gegenüber "The Guardian". Jeffrey arbeitet als Astronom am University College London.

Das folgende Foto zeigt einen Ausschnitt aus dieser neuen, detaillieren Karte. Sie zeigt die Leerräume (schwarz) und Galaxienhaufen (hell orange).

Eine vergrößerte Ansicht der Karte für dunkle Materie vom Dark Energy Survey (DES).
Eine vergrößerte Ansicht der Karte für dunkle Materie vom Dark Energy Survey (DES).

Laut Jeffrey deutet die Karte und die damit einhergehenden Erkenntnisse darauf hin, dass die Schwerkraft in diesen Leerräumen möglicherweise nicht auf die gleiche Weise wirkt wie auf der Erde. Das würde bedeuten. In diesen Bereichen würden die uns bekannten Standardgesetze der Physik nicht gelten.

Licht aus 226 Millionen Galaxien

Dunkle Materie mag vielleicht nicht sichtbar sein, doch können Wissenschaftler sie heutzutage gut durch ihre Gravitationskraft lokalisieren. Dunkle Materie krümmt das Licht, das von anderen Galaxien bis zur Erde kommt, ähnlich wie ein Kaleidoskop. Astronomen können mithilfe dieses Wissens die Intensität dieser Krümmung messen. Infolgedessen können sie berechnen, wie viel dunkle Materie sich zwischen uns und einer anderen Galaxie befindet – und wie stark diese dunkle Materie zusammengedrängt ist. Wenn das Licht einer Galaxie stark verzerrt ist, deutet dies darauf hin, dass die unsichtbare dunkle Materie, die sich zwischen Erde und der Lichtquelle befindet, stark verklumpt ist.

Die DES-Karte der dunklen Materie (in lila), überlagert mit einem Bild der Milchstraße.
Die DES-Karte der dunklen Materie (in lila), überlagert mit einem Bild der Milchstraße.

Auf Basis dieser Erkenntnis über die Krümmung des Lichts untersuchten Jeffrey und sein Forschungsteam, wie das Licht von mehr als 226 Millionen Galaxien gekrümmt wurde. Mithilfe des Teleskops machte das Forschungsteam zwischen 2013 und 2016 insgesamt 345 nächtliche Aufnahmen von den Galaxien. Ein Programm, das mit künstlicher Intelligenz arbeitet, fügte die einzelnen Bilder zusammen und erstellte eine detaillierte Karte, die die dunkle Materie dokumentiert.

Das Team sammelte Daten in weiteren 413 Nächten, bevor die Erhebung im Jahr 2019 endete. Die Wissenschaftler des Dark Energy Survey planen, eine noch größere und detailliertere Karte der dunklen Materie zu erstellen, indem sie auch die weiteren Bilder und Beobachtungen verwenden.

Die Karte könnte zeigen, dass Einstein falsch gelegen haben könnte

Nach Albert Einsteins Relativitätstheorie hätte die Schwerkraft dafür sorgen müssen, dass sich die Materiebrocken im Universum nach dem Urknall vor geschätzten 13 Milliarden Jahren auf vorhersehbare Weise verklumpen. Doch laut Jeffrey deutet die neue Karte des Forschungsteams von DES darauf hin, dass Einstein mit seiner Theorie bis zu einem gewissen Grad falsch lag. "Wenn man ins Universum hinaufschaut, ist die Materie nicht so klumpig wie erwartet. Es gibt Hinweise darauf, dass sie glatter ist", sagte Jeffrey in dem Gespräch mit The Guardian. "Es mag eine relativ kleine Besonderheit sein", fügte der Astronom hinzu. Wenn aber diese Hinweise wahr seien, so könne das bedeuten, dass mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie – einer der großen Säulen der Physik — etwas nicht stimme.

Dieser Artikel wurde von Julia Knopf aus dem Englischen übersetzt und editiert. Das Original lest ihr hier.