Muss Materie mit Licht wechselwirken?

Dieses Verhalten folgt direkt aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz beziehungsweise aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie: Je weiter man sich von einem schweren Objekt entfernt, desto geringer ist der Einfluss seiner Gravitationskraft. In einer Galaxie sollte es eigentlich so ähnlich sein. Je weiter entfernt sich ein Stern vom Zentrum befindet, desto schwächer spürt er den Einfluss der Gravitationskraft und desto langsamer sollte er sich bewegen.

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Rubin probierte nun, die sogenannte Rotationskurve von Andromeda zu messen. Sie bestimmte die Umlaufgeschwindigkeit von Sternen in unterschiedlichem Abstand zum Zentrum und erwartete, dass die Geschwindigkeit mit zunehmendem Abstand immer kleiner wird. Gemessen hat sie dann aber das hier:

  • Rotation von Andromeda (Bild: Rubin & Ford)
Rotation von Andromeda (Bild: Rubin & Ford)

Dieses berühmte Diagramm stammt aus der Arbeit Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions, die Rubin im Jahr 1970 veröffentlichte. Die x-Achse zeigt den Abstand zum Zentrum der Galaxie; die Einheiten sind oben in Kiloparsec angegeben und unten in Bogenminuten. Und man erkennt deutlich, dass die Kurve im rechten Bereich des Diagramms nicht - wie zu erwarten wäre - nach unten abfällt, sondern im Wesentlichen gerade verläuft.

Einige Sterne bewegen sich zu schnell

Rubin und ihre Kollegen beobachteten im Laufe der Zeit immer mehr Galaxien und fanden überall dasselbe Verhalten: Die Sterne in den äußeren Bereichen der Galaxien bewegten sich zu schnell. Auch Beobachtungen anderer Wissenschaftler im Radiowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums zeigten diese seltsame Bewegung. Die Daten schienen zu zeigen, dass die sichtbare Materie in der Galaxie nicht alles sein konnte. Es musste auch dort noch Materie vorhanden sein, wo die leuchtende Materie längst zu Ende ist. Die Galaxien schienen in eine große Wolke aus dunkler Materie eingebettet zu sein, und der gravitative Einfluss dieser dunklen Materie führte dazu, dass sich die Sterne schneller bewegten, als man erwarten würde.

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"Niemand hat uns je gesagt, dass jede Materie strahlt. Wir haben einfach angenommen, dass sie es tut", sagte Vera Rubin und hatte damit recht. Man war bis dahin einfach davon ausgegangen, dass jede Materie auch mit Licht wechselwirkt, also entweder selbst Licht abgibt oder aber zumindest Licht reflektiert und damit sichtbar ist. Aber wer sagt, dass das so sein muss? Warum sollte es nicht auch Materie geben, die das nicht tut? Alle Beobachtungen deuteten jedenfalls darauf hin.

Man hatte nun schon Daten auf zwei völlig verschiedenen Größenskalen: einerseits die Bewegung von Galaxien in Galaxienhaufen, die Zwicky 1933 beobachtet hatte. Andererseits die Bewegung von Sternen in Galaxien, die von Rubin und diversen anderen Astronomen ab den 1970er-Jahren analysiert wurden. Beide zeigten, dass sich die Himmelskörper so verhielten, als gäbe es neben der normalen, sichtbaren Materie auch noch eine dunkle Materie, die nicht leuchtet. Beide Beobachtungen kamen unabhängig voneinander zum gleichen Ergebnis. Und stimmten auch noch in der Menge der dunklen Materie überein, die vorhanden sein musste.

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 Astronomie: Vera Rubin, die dunkle Materie und der NobelpreisRubin hat die Astronomie vorangebracht 
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RicoBrassers 04. Jan 2017

Eben. Noch wissen wir ja nicht, ob Dunkle Materie selbst die "alleinige Lösung" ist. Es...

RicoBrassers 04. Jan 2017

Fast richtig: Sir Martyn Poliakoff. ;) Und ja, ich stimme dir ansonsten voll zu.



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