Dunkle Materie in der Milchstraße

  • 08. March 2013

Neue Ausgabe von „Physik konkret“ informiert die Öffentlichkeit kurz und prägnant über den mysteriösen Stoff.

Unsere Milchstraße ist eine Spiralgalaxie: Der größte Teil ihrer Sterne befindet sich in einer dünnen Scheibe, die in spiralförmige Arme gegliedert ist und um ihr Zentrum rotiert. Würde die Masse der Milchstraße ebenso wie die Leuchtkraft exponentiell nach außen abfallen, müssten auch die Rotationsgeschwindigkeiten der Sterne um das Zentrum nach außen abfallen. Aber selbst in großen Abständen von über 50.000 Lichtjahren sind die Geschwindigkeiten der Sterne weitgehend unabhängig von der Entfernung zum Zentrum. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Scheibe der Milchstraße von einem großen, annähernd kugelförmigen Gebilde aus dunkler Materie umgeben ist, einem dunklen Halo.

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Abb.: Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit der Milchstraße vom Abstand zum Zentrum. Im Gegensatz zu den berechneten Werten (rot) fällt die gemessene Geschwindigkeit (blau) nicht mit zunehmender Entfernung vom Zentrum ab. (Bild: MPIA / SuW-Grafik)

Die Zusammensetzung der dunklen Materie ist unbekannt. Bislang können Forscher nur vermuten, dass sie aus schwach wechselwirkenden, massereichen Elementarteilchen, WIMPs (weakly interacting massive particles), bestehen könnte. Ziel verschiedener irdischer Experimente ist der direkte Nachweis dieser Materieteilchen, denen die Erde auf ihrem Weg mit der Sonne um das Zentrum der Milchstraße ausgesetzt sein sollte.

Ein weiterer Ansatz ist, die Menge dunkler Materie in der Umgebung der Sonne und damit auch der Erde zu ermitteln, und zwar aus der Bewegung der Sterne in Sonnennähe. Problematisch daran ist jedoch, dass nicht nur die dunkle, sondern auch die gewöhnliche Materie diese Bewegung beeinflusst. In großer Höhe – jenseits von etwa 4500 Lichtjahre über der galaktischen Scheibe – wird der Einfluss der dunklen Materie immer dominanter, da die gewöhnliche Materie mit zunehmender Höhe immer weniger wird. Wenn man die Geschwindigkeiten der Sterne in großer Höhe messen könnte, ließe sich der Beitrag der dunklen Materie zur Bewegung der Sterne beurteilen. Eine Auswertung der Bewegung von Sternen bestätigt die Erwartungen, die auch den irdischen Experimenten zugrunde liegen und lässt hoffen, dass die Teilchen der dunklen Materie direkt nachgewiesen werden können.

DPG / DE

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