Zweifel an Dunkler Materie 05.07.2013, 16:23 Uhr

Milchstraße und Andromeda sind auf Kollisionskurs

Die Milchstraße und Andromeda sind die beiden größten Galaxien in der sogenannten lokalen Gruppe und nur rund 2,5 Millionen Lichtjahre voneinander entfernt. Sie sind beide umgeben von etwa 60 Zwerggalaxien. Europäische Forscher erklären diese eigenartige Anordnung mit einer Kollision der beiden großen Galaxien vor 10 Milliarden Jahren. Und: In vier Milliarden Jahren kracht es wieder.

Das bisher höchstaufgelöste ultraviolette Bild der Andromeda-Galaxie, aufgenommen von einem UV-Teleskop an Bord des Satelliten Swift.

Das bisher höchstaufgelöste ultraviolette Bild der Andromeda-Galaxie, aufgenommen von einem UV-Teleskop an Bord des Satelliten Swift.

Foto: NASA/Swift/Stefan Immler (GSFC) & Erin Grand (UMCP)

Der große Crash wird kommen: Unsere Milchstraße und ihr größerer Nachbar, die Andromeda-Galaxie, steuern unaufhaltsam mit rund 114 Kilometern pro Sekunde aufeinander zu. Tempo und Richtung dieser kosmischen Schnellzüge haben Wissenschaftlerteams mit verschiedenen Methoden bestimmt, etwa durch die Analyse von Spektrallinien oder von Quasaren. Ihr beängstigendes Resultat. „Schon“ in rund vier Milliarden Jahren werden die beiden Galaxien kollidieren. Es kommt noch schlimmer: Vor etwa 10 Milliarden Jahren sind die beiden Galaxien schon einmal zusammengestoßen.

Dieser Zusammenstoß vor 10 Milliarden Jahren und der Crash in ferner Zukunft ist für ein Astronomen-Team um Hongsheng Zhao von der britischen University of St. Andrews nun der Anlass, die gängige Theorie von der Existenz einer sogenannten Dunklen Materie im Universum anzuzweifeln. „Nur wenn kein Einfluss Dunkler Materie vorhanden ist, lässt sich darstellen, wie sich die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie nahe kommen konnten, ohne dabei zu verschmelzen“, sagt Dr. Zhao. „Dunkle Materie wirkt wie Honig: In einer nahen Begegnung würde die Milchstraße und Andromeda förmlich zusammenkleben“, ergänzt Prof. Pavel Kroupa vom Argelander Institut für Astronomie der Universität Bonn. Stattdessen wanderten beide Galaxien nur sehr nahe aneinander vorbei und tauschten dabei Materie aus.

Zwerggalaxien zeugen als „rauchende Pistolen“ vom Beinahe-Crash

Durch die Kollision beider Galaxien wurden Sterne und galaktische Gase zu langen Armen zwischen den beiden Galaxien ausgezogen. Diese langen Arme klumpten zusammen, es bildeten sich neue kleine Sternenansammlungen – die etwa 60 Zwerggalaxien, die heute unsere Milchstraße genauso umgeben, wie auch die Andromeda-Galaxie. In der Existenz dieser Zwerggalaxien in unmittelbarer Nachbarschaft von Milchstraße und Andromeda-Galaxie sehen die Forscher die „rauchenden Pistolen“, die vom Beinahe-Crash der beiden Sternensysteme zeugen. „Deren Anordnung in zwei riesige Scheiben, welche jeweils die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie noch heute umgeben, lassen praktisch keine andere Erklärung zu“, erklärt Prof. Kroupa.

Forscher setzen auf die MOND-Hypothese

Die Forscher favorisieren nun die sogenannte modifizierte newtonsche Dynamik, abgekürzt MOND. Diese physikalische Hypothese hat der israelische Physiker Mordehai Milgrom 1983 aufgestellt. MOND soll das Rotationsverhalten von Galaxien durch Modifikationen der Bewegungsgleichungen der Materie im Gravitationsfeld erklären und kommt ohne die Dunkle Materie aus. Gemäß der MOND-Hypothese nimmt die Änderung nur bei sehr kleinen Beschleunigungen wie sie im astronomischen Maßstab auftreten, einen relevanten Einfluss auf die Bewegungen.

Schematische Darstellung des Milchstraßen-System.

Schematische Darstellung des Milchstraßen-System.

Foto: Wikipedia

Der Vorteil der MOND-Hypothese liegt auf der Hand: Sie erklärt das Rotationsverhalten der Galaxien einfach durch eine Modifikation der gut bekannten Newtonschen Bewegungsgleichungen. Die andere Erklärung des Rotationsverhaltens basiert auf der allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins, braucht aber die sogenannte Dunkle Materie, um zu plausiblen Ergebnissen zu kommen. Die Dunkle Materie ist ein Postulat. Weder hat sie bisher jemand gesehen, noch hat sie bisher jemand messen können. Indirekt ist die Dunkle Materie durch ihre Gravitationswechselwirkung dennoch beobachtbar, zum Beispiel durch sogenannte Gravitationslinsen in der Astronomie. Nach derzeitigen Erkenntnissen macht dunkle Materie etwa 80 Prozent der Materie im Universum aus. Wenn es sie denn gibt.

Galileo Galilei erkannte, dass die Milchstraße ein Sternensystem ist

Den Namen Milchstraßensystem trägt unser Sternensystem nach der Milchstraße, die als freiäugige Innenansicht des Systems von der Erde aus wie ein quer über das Firmament gesetzter milchiger Pinselstrich erscheint. Heute ist dieser milchige Pinselstrich allerdings nur noch von ganz abgelegenen Orten auf der Erde überhaupt zu sehen. Die Lichtverschmutzung lässt eine direkte Beobachtung unserer Heimatgalaxie nicht mehr zu. Es ist des nachts zu hell. Dass dieses weißliche Band sich in Wirklichkeit aus ca. 100 bis 300 Milliarden von Sternen zusammensetzt, erkannte Galileo Gallilei im Jahre 1609, der die Erscheinung als Erster durch ein Fernrohr betrachtete.

360°-Panoramaaufnahme der Milchstraße, aufgenommen im Death Valley in den USA.

360°-Panoramaaufnahme der Milchstraße, aufgenommen im Death Valley in den USA.

Foto: Wikipedia

Eine antike griechische Sage versucht, den Begriff der Milchstraße mythologisch zu erklären: Danach habe Zeus seinen Sohn Herakles, den ihm die sterbliche Frau Alkmene geschenkt hatte, an der Brust seiner göttlichen Frau Hera trinken lassen, als diese schlief. Herakles sollte auf diese Weise göttliche Kräfte erhalten. Aber er saugte so ungestüm, dass Hera erwachte und den ihr fremden Säugling zurückstieß. Und dabei wurde ein Strahl ihrer Milch über den ganzen Himmel verspritzt.

„Geschichte des Universums von Grund auf neu berechnen“

Die Forscher haben sich jetzt zum Ziel gesetzt, die ganz große Frage zu stellen und die Geschichte des Universums neu aufzurollen. Dafür entwickelt Fabian Lüghausen, ein Doktorand in Prof. Kroupas Arbeitsgruppe, ein neues aufwändiges Computerprogramm. Dieses Programm lässt die Vergangenheit und die Zukunft des Annäherungskurses von Milchstraße und Andromeda-Galaxie noch genauer berechnen und kommt völlig ohne Dunkle Materie aus.

Dieser Computercode werde weltweit eine einzigartige Möglichkeit geben, galaktische Astrophysik gänzlich neu und vor allem realistischer als es bisher möglich war zu erforschen, glauben die Forscher. „Sollten die Ergebnisse aus dem geplanten Computermodell unsere These stützen, dass zur Erklärung der Galaxien-Entstehung keine Dunkle Materie erforderlich ist, müsste die Geschichte des Universums von Grund auf neu berechnet werden“, erklärt der Bonner Professor Kroupa.

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