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Karte der mysteriösen Masse: Erhellendes zur Dunklen Materie

Fast ein Viertel des Universums besteht aus Dunkler Materie – doch man kann sie weder sehen noch direkt messen. Jetzt wissen Forscher, wo sich ein Teil davon befindet: Eine Karte zeigt erstmals die Verteilung der mysteriösen Masse.

16.04.15, 09:28 16.04.15, 10:03

Aus Baltimore berichtet Johann Grolle

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Mit der Karte, die Chihway Chang voller Stolz an die Wand wirft, wird sie kaum einen Raumfahrer glücklich machen. Nur sehr ungenügend sind die Hindernisse zu erkennen, denen Reisende auf intergalaktischen Exkursionen begegnen dürften: Der Massstab liegt bei 1:100'000'000'000'000'000'000'000'000 – eins zu 100 Quadrillionen.

Changs Karte bildet einen Teil des Kosmos ab, der am Sternenhimmel etwa die 700fache Grösse des Mondes abdeckt. Entfernt erinnern die Umrisse dieser Weltenregion an Schottland, doch diese Form ist unerheblich. Wichtig sind die wabernden Gebilde in der Mitte: Die rote Kaulquappe mit dem dicken schwarzen Auge zum Beispiel steht für eine gewaltige Ansammlung von Masse, der gespensterhaft schwebende blaue Fleck weiter unten stellt ein Gebiet kosmischer Leere dar.

Es ist die bisher grösste zusammenhängende Karte der sogenannten Dunklen Materie. Erstmals lässt sich damit in grösserem Detail studieren, wie diese für menschliche Augen unsichtbare Substanz im Kosmos verteilt ist. Die Physikerin Chang von der ETH Zürich präsentierte sie jetzt auf der Konferenz der American Physical Society in Baltimore – eine wissenschaftliche Sensation.

Auf den Spuren der Dunklen Energie

Anfangs allerdings galt Changs Interesse gar nicht der Dunklen Materie, sondern einem anderen, noch rätselhafteren Dunkelstoff: Chang gehört dem «Dark Energy Survey» (DES) an, einer internationalen Wissenschaftler-Kollaboration, die sich vorgenommen hat, das Rätsel der sogenannten Dunklen Energie zu entschlüsseln.

Erst Ende der 90er-Jahre spürten die Physiker diese mysteriöse Form von Energie auf – eine Entdeckung, die so überraschend und so spektakulär war, dass sie 2011 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Noch ist völlig unklar, woraus die Dunkle Energie besteht. Sicher ist nur, dass sie wie eine Art Treibmittel wirkt, das den Raum aufbläht und auf diese Weise die Expansion des Universums beschleunigt. Die Dunkle Energie macht 73 Prozent der Gesamtmasse des Alls aus, auf die Dunkle Materie entfallen etwa 23 Prozent, während die gewöhnliche Materie nur auf vier Prozent kommt.

Das gesamte Weltengefüge ist demnach vom Duell zweier rivalisierender Mächte bestimmt: Während die anziehende Schwerkraft alle Massen zu vereinen sucht, treibt die Dunkle Energie sie mit Wucht auseinander. Nur indem sie diesen Widerstreit genau studieren, glauben die DES-Forscher die Dunkle Energie verstehen zu können. Das aber ist nur möglich, wenn es ihnen gelingt, grossräumig die Verteilung der Materie im Universum zu erfassen.

Schwerkraft verzerrt Sternenlicht

Zu diesem Zweck beschlossen die DES-Astronomen, das Firmament so gründlich wie nur möglich zu durchmustern. Mit Hilfe eines Vier-Meter-Teleskops in den chilenischen Anden und einer extrem leistungsfähigen Digitalkamera wollen sie Abermillionen Galaxien am Südhimmel kartieren.

Im September 2012 begannen die Forscher ihr grosses Projekt. Und schon jetzt, nur zweieinhalb Jahre später, zeigt sich, dass ihnen gleichsam am Wegesrand allerlei erstaunliche Entdeckungen begegnen. So spürten sie zum Beispiel in den Fernen des Alls Super-Supernovae auf, die aus unbekanntem Grund 50-fach heller leuchten als die ohnehin schon extrem leuchtstarken anderen Sternexplosionen. In der Umgebung der Milchstrasse wiederum stiessen sie auf knapp ein Dutzend galaktische Zwerge, die so schwach leuchten, dass sie den Astronomen bisher entgangen waren.

Auch Changs kosmische Karte ist ein Begleitprodukt des «Dark Energy Surveys». Denn um die Verteilung der Galaxien in den Tiefen des Raums zu vermessen, müssen die DES-Forscher berücksichtigen, dass das Sternenlicht auf seinem Weg zur Erde manchmal seine Richtung geringfügig ändert. Sehr grosse Ansammlungen von Masse sind nämlich fähig, die Bahn des Lichts abzulenken. Dieser sogenannte Gravitationslinsen-Effekt verzerrt das Bild vieler Galaxien.

Kosmos im Computertomografen

Aus der Art dieser Verzerrung kann Chang nun rückschliessen auf die Verteilung der Massen, die unterwegs auf das Licht eingewirkt haben: Ähnlich wie Ärzte das Innere des Körpers mit Röntgenlicht im Computertomografen sichtbar machen, nutzte Chang das Sternenlicht ferner Galaxien, um eine ganze Weltenregion zu durchleuchten und so eine Art Tomografenbild von ihr zu erstellen.

Nun wissen die Astronomen aber inzwischen, dass der grösste Teil des Universums weder aus Galaxien, noch aus Gas- oder Staubwolken besteht, sondern aus Schwaden der unsichtbaren Dunklen Materie. Das Tomografenbild wird folglich nicht die sichtbaren Sterne oder Galaxien zeigen, es wird vielmehr bestimmt sein von der Verteilung der Dunklen Materie: Changs kosmische Tomografie macht mithin sichtbar, was weder menschliche Augen noch Teleskope wahrnehmen können.

Für Changs Kollegen von der DES-Kollaboration allerdings ist die schöne blau-rote Karte nur ein kleiner Schritt auf dem Weg zu ihrem wirklichen Ziel: dem Verständnis der Dunklen Energie. Und auch Chang selbst beeilt sich zu versichern, dass ihre Arbeit bisher noch als vorläufig zu betrachten sei: Noch deckt die Karte weniger als ein Prozent des gesamten Firmaments ab. Bis zum Ende des Projekts in drei Jahren soll ein Viertel des gesamten Südhimmels kartiert sein.

Dark Energy Survey. (engl.) Video: Youtube/Fermilab

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Charly Otherman, 5.5.2017
Watson kann nicht nur lustig! Auch für Deutsche (wie mich) ein Muss, obwohl ich das schweizerische nicht immer verstehe.
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