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Kosmologie: Dunkle Materie in Sonnenumgebung gerettet

Ende April 2012 erstaunte eine Untersuchung chilenischer Astronomen die Fachwelt. Begleitet von einer Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte ESO berichteten damals Forscher um Christian Moni Bidin, dass es entgegen bisherigen Annahmen in der weiteren Sonnenumgebung keine Anzeichen für Dunkle Materie gebe. Nun präsentierten zwei Astronomen eine revidierte Version der ursprünglichen Studie. Sie fanden heraus, dass eine der Annahmen bei der Messdatenauswertung fehlerhaft ist. Die Forscher korrigierten diesen Schritt und analysierten die gleichen Messdaten erneut. Ihr Ergebnis stellt den Frieden in der Wissenschaftlergemeinschaft wieder her: Die abgeleitete Verteilung der Dunklen Materie stimmt mit bisherigen Messungen überein.

Verteilung der Dunklen Materie in der Milchstraße (künstlerische Darstellung) | Künstlerische Darstellung der Verteilung der Dunklen Materie (blau) um unsere Milchstraße. Nach gängigen Theorien sollte unsere Galaxis von einem Halo aus Dunkler Materie umgeben sein. Diese rätselhafte Materieform macht sich nur durch ihre Gravitation bemerkbar, kann aber nicht durch die Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung gefunden werden.

Moni Bidin und seine Kollegen hatten die Bewegung von rund 400 Sternen in Entfernungen von bis zu 13 000 Lichtjahren untersucht. In ihren Bahnen spiegelt sich die Verteilung der gesamten Schwerkraft erzeugenden Materie – der sichtbaren und der Dunklen – wider, die damit indirekt abgeleitet werden kann. Um diesen Umkehrschluss vorzunehmen, müssen die Wissenschaftler ein vereinfachtes Modell der Sternbewegung im komplizierten Schwerefeld der Milchstraße annehmen. Verschiedene Näherungsschritte gehen in die Berechnung ein, und bei einem gingen Moni Bidin und Kollegen offenbar von falschen Voraussetzungen aus.

Ihre Modellierung der Sterngeschwindigkeit in großen Distanzen zur galaktischen Scheibe war inkorrekt. Jo Bovy und Scott Tremaine vom Institute for Advanced Study zeigten nun, dass die Annahmen im Widerspruch zu anderen Beobachtungsdaten stehen und wie sie korrigiert werden müssen. Schließlich werteten Bovy und Tremaine die Beobachtungen der Sternbewegungen erneut unter den korrekten Annahmen aus. Ihr revidiertes Ergebnis stimmt mit bisherigen Messungen der Verteilung der Dunklen Materie in der weiteren Sonnenumgebung überein. In der Nähe unseres Sonnensystems beträgt die Dichte der rätselhaften Materieform 0,008 ± 0,002 Sonnenmassen pro Kubikparsec. Dies ist die bislang robusteste direkte Messung dieses Werts.

Mit der Korrektur der ursprünglichen Ergebnisses ist das favorisierte Bild der Galaxienentstehung in Halos aus Dunkler Materie wieder zurechtgerückt. Der Natur der mysteriösen Materieform kommen die Wissenschaftler damit jedoch auch nicht näher. Sie muss existieren, dies zeigen neben der neuen Messung viele andere Untersuchungen ihrer Schwerkraftwirkung. Aus welchen Teilchen die Dunkle Materie besteht, ist derzeit unklar. Einige der Erklärungsmöglichkeiten überprüfen Teilchenphysiker am Teilchenbeschleuniger LHC am CERN nahe Genf.

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