Hinweise auf Selbstwechselwirkung Dunkler Materie beobachtet

Die Teilchen der rätselhaften Dunklen Materie beeinflussen sich offenbar nicht nur über ihre Schwerkraft, sondern auch über eine weitere – wenn auch äußerst schwache – Wechselwirkung. Darauf deutet erstmals die Untersuchung eines Quartetts kollidierender Galaxien in einem fernen Galaxienhaufen hin. In einem der Sternsysteme habe sich die Dunkle Materie durch ihre Selbst-Wechselwirkung um 5000 Lichtjahre gegenüber der normalen, leuchtenden Materie verschoben, berichtet ein internationales Forscherteam im Fachblatt „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

Galaxienhaufen, im Zentrum vier helle, eng beieinander stehende Galaxien. Rechts davon eine langgestreckte Struktur. Die Maxima der mit Konturlinien dargestellten Verteilung der Dunklen Materie stimmt bei drei Galaxien mit dem Maximum der Helligkeit überein, bei einer ist ein deutliche Abweichung erkennbar.
Galaxienhaufen Abell 3827

„Bislang gingen wir davon aus, dass sich die Dunkle Materie – sieht man vom Einfluss der Gravitation ab – nicht rührt“, erläutert Richard Massey von der Durham University in Großbritannien. „Doch nun sehen wir, dass die Dunkle Materie durch die Kollision abgebremst wird. Das könnte ein erster Hinweis auf eine reichhaltige Physik des dunklen Sektors sein – eines verborgenen Universums um uns herum.“

Die Indizien für die Existenz Dunkler Materie sind vielfältig: Sterne und Galaxien bewegen sich im Universum erheblich zu schnell, um allein von der Schwerkraft der sichtbaren Materie festgehalten zu werden. Etwa 85 Prozent der Masse muss aus Dunkler Materie bestehen – erst die zusätzliche Gravitation dieser bislang rätselhaften Substanz sorgt für die Stabilität von Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen. Woraus die Dunkle Materie besteht, ist bislang unklar. Kürzlich hatte eine Untersuchung von 72 Zusammenstößen zwischen Galaxienhaufen gezeigt, dass die hypothetischen Bestandteile der Dunklen Materie – abgesehen von der Schwerkraft – schwächer miteinander Wechselwirken als die Kernbausteine der normalen Materie.

Die Beobachtungen von Massey und seinen Kollegen mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO, sowie dem Hubble Space Telescope zeigen nun erstmals, dass eine solche zusätzliche, wenn auch extrem schwache Selbst-Wechselwirkung trotzdem vorhanden sein muss. Die Forscher haben die Bewegung von vier Galaxien im Zentrum des Galaxienhaufens Abell 3827 untersucht. Die Astronomen profitierten zusätzlich von einem Zufall: In größerer Entfernung hinter dem Galaxien-Quartett liegt ein weiteres Sternsystem. Die Schwerkraft des Quartetts lenkt als Gravitationslinse das Licht dieser Galaxie ab und verzerrt so ihr Bild. Aus dieser Verzerrung konnten Massey und seine Kollegen die Verteilung der Dunklen Materie in den vier Galaxien ermitteln.

In einem der Systeme zeigte sich eine deutliche Abweichung zwischen den Verteilungen der leuchtenden und der Dunklen Materie. Die vier Galaxien beeinflussen sich bereits über einen erheblich längeren Zeitraum als es bei den zusammenstoßenden Galaxienhaufen einer früheren Untersuchung der Fall ist, so die Wissenschaftler. So konnte sich der kleine Effekt der Selbst-Wechselwirkung der Dunklen Materie aufsummieren und nachweisbar werden. Weitere Untersuchungen an ähnlichen Objekten müssen diesen Befund nun bestätigen und könnten, so die Hoffnung der Forscher, genauere Werte für die Stärke der Wechselwirkung liefern.