Universum: Dunkle Materie im kosmischen Netz entdeckt

Mithilfe des Gravitationslinseneffekts hat eine Forschungsgruppe das Vorhandensein von dunkler Materie nachgewiesen.

Artikel veröffentlicht am 20. Februar 2024, 7:58 Uhr, Patrick Klapetz

Stränge dunkler Materie in der Region des Coma-Haufens (Grafik). (Bild: Hyeong Han et al.)

Das Universum besitzt ein Muster, das kosmische Netz (cosmic web), das mithilfe von Teleskopen kartiert werden kann. Dieses Netz durchzieht das Universum in einem spinnenartigen Muster und besteht hauptsächlich aus Galaxien, Gas und dunkler Materie. Zum ersten Mal konnte eine Forschungsgruppe der südkoreanischen Eliteuniversität Yonsei die Fäden der dunklen Materie, die an den Fäden des Netzes hängen, nachweisen.

Dunkle Materie interagiert nicht mit dem Licht und unterscheidet sich somit von fast allem anderen im Universum. Sie zu untersuchen ist schwer, da man sie nicht sehen kann. Jedoch tritt die dunkle Materie mit der Schwerkraft in Wechselwirkung. Sie macht den größten Teil der Masse im Universum aus. Da in den vergangenen 20 Jahren in fast jedem Sternsystem eine unsichtbare Kraft nachgewiesen wurde, geht die Fachwelt vom Vorhandensein dunkler Materie aus. 

Dunkle Materie als Spinnennetz im Universum

Sie existiert in Form eines Netzes aus langen, dünnen Strängen. Wie bei einem Spinnennetz seien diese Fäden jedoch schwer zu erkennen, teilte das National Astronomical Observatory of Japan mit. Astronomen können ihre Schlüsse meistens nur aus der Beobachtung von Galaxien und Gas ziehen, die sich in diesem Netz befinden: "Man weiß, dass es ein Spinnennetz gibt, das man nicht sehen kann."

Dieses Netz (und damit die dunkle Materie) kann mit dem Gravitationslinseneffekt nachgewiesen werden. In der Astronomie wird damit die Ablenkung von Licht durch große Massen bezeichnet. Gravitationslinsen sind massereiche Körper wie Galaxien, Sterne oder ganze Galaxienhaufen, die das Licht von hinter ihnen liegenden Objekten ablenken. Bei dem beobachteten Himmelskörper kommt es zu Helligkeitsänderungen, verzerrten Abbildungen, teilweise zu Mehrfachbildern oder Verschiebungen. All dies verrät einiges über die Masse des Objektes, das zwischen dem Himmelskörper und der Erde liegt.

Gravitationslinseneffekt führt zur Entdeckung

Nun kann es aber sein, dass ein fernes Objekt beobachtet wird, und sich zwischen ihm und einer Lichtquelle nichts befinden. Dennoch kann sich das Licht um etwas herum biegen. Das ist ein Hinweis auf dunkle Materie. Für ihre Untersuchung nutzte die Forschungsgruppe das Subaru-Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii und nahm den Coma-Haufen ins Visier.

Der Coma-Haufen befindet sich in einer Entfernung von 321 Millionen Lichtjahren. Er ist ein Superhaufen von Galaxien im Sternbild Haar der Berenike (Coma Berenices). Die Fachwelt geht davon aus, dass mehrere Stränge des kosmischen Netzes in ihm zusammentreffen. Entsprechend muss es dort auch viele Stränge dunkler Materie geben.

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Dunkle Materie in der Region des Coma-Haufens. Die auf der Grundlage dieser Forschung berechnete Verteilung der dunklen Materie (dunkelgrüne Wolke) ist über ein Bild des Coma-Haufens und weiter entfernter Hintergrundgalaxien gelegt, das mit dem Subaru-Teleskop aufgenommen wurde. Es sind Stränge dunkler Materie zu erkennen, die sich über Millionen von Lichtjahren erstrecken (credit: Hyeong Han et al.).

Bei der Beobachtung fand die Forschungsgruppe genau das, worauf sie gehofft hatte: Gravitationslinsensignale. Diese waren zwar schwach, aber vorhanden. Die Entdeckung ist eine weitere Bestätigung für die Existenz des kosmischen Netzes. Es sei das erste Mal, dass diese Stränge direkt bestätigt wurden, hieß es.

Zur Studie

Die Studie erschien am 5. Januar 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy: Weak-lensing detection of intracluster filaments in the Coma cluster (Schwachlinsennachweis von Filamenten innerhalb des Sternhaufens Coma).