Webb zeigt erstmals, wie Dunkle Materie den Kosmos organisiert
Das James-Webb-Teleskop zeigt erstmals mit hoher Auflösung, wie Dunkle Materie Galaxien formt und das Universum strukturiert.
Die Verteilung der Dunklen Materie im COSMOS-Feld, beobachtet vom Hubble-Weltraumteleskop (links) und vom James-Webb-Weltraumteleskop (rechts).
Foto: Dr Gavin Leroy/Professor Richard Massey/COSMOS-Webb collaboration
| Das Wichtigste in Kürze |
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Dunkle Materie ist unsichtbar. Und doch bestimmt sie, wie das Universum aussieht. Wo Galaxien entstehen. Wo Sterne wachsen. Und letztlich auch, wo Planeten wie die Erde möglich werden. Nun ist es einem internationalen Forschungsteam gelungen, diesen verborgenen Einfluss so präzise sichtbar zu machen wie nie zuvor. Grundlage ist eine neue, hochaufgelöste Karte, erstellt mit Daten des James Webb Space Telescope.
Die Ergebnisse wurden in Nature Astronomy veröffentlicht. Beteiligt waren unter anderem die Durham University, das Jet Propulsion Laboratory der NASA sowie die EPFL in der Schweiz. Gemeinsam zeigen sie: Dunkle Materie wirkt wie ein unsichtbares Gerüst, an dem sich das sichtbare Universum ausrichtet.
Inhaltsverzeichnis
Das unsichtbare Gerüst des Universums
Kurz nach dem Urknall war Materie nahezu gleichmäßig verteilt. Doch dieser Zustand hielt nicht lange. Nach heutiger Vorstellung begann sich Dunkle Materie zuerst zu verdichten. Ihre Schwerkraft zog normale Materie an. Dort, wo sich genug Masse sammelte, entstanden die ersten Sterne und Galaxien.
Die neue Webb-Karte bestätigt dieses Bild und geht deutlich weiter. Sie zeigt mit hoher räumlicher Auflösung, wie eng Dunkle Materie und normale Materie bis heute miteinander verflochten sind. Wo Galaxien auftauchen, liegt fast immer auch eine Konzentration Dunkler Materie.
Dr. Gavin Leroy vom Institut für Computerkosmologie der Universität Durham ordnet das so ein: „Durch die Darstellung der dunklen Materie mit beispielloser Präzision zeigt unsere Karte, wie eine unsichtbare Komponente des Universums die sichtbare Materie so strukturiert hat, dass Galaxien, Sterne und letztlich das Leben selbst entstehen konnten.“
Warum Dunkle Materie messbar ist, obwohl man sie nicht sieht
Dunkle Materie sendet kein Licht aus. Sie reflektiert nichts. Und sie blockiert keine Strahlung. Direkt beobachten lässt sie sich daher nicht. Forschende greifen zu einem indirekten Verfahren: dem sogenannten Gravitationslinseneffekt.
Große Massen krümmen den Raum. Licht von fernen Galaxien wird dadurch leicht abgelenkt. Für Beobachter wirkt es, als blicke man durch eine ungleichmäßig gewölbte Glasscheibe. Aus diesen Verzerrungen lässt sich berechnen, wo sich Masse befindet – auch dann, wenn sie unsichtbar ist.
Genau dieses Prinzip nutzte das Team. Webb beobachtete einen Himmelsausschnitt im Sternbild Sextans. Das Gebiet ist etwa 2,5-mal so groß wie der Vollmond. Insgesamt sammelte das Teleskop rund 255 Stunden lang Daten. Das Ergebnis: fast 800.000 Galaxien, viele davon zuvor unbekannt.
Diese Karte zeigt die Verteilung der Dunklen Materie im COSMOS-Feld, beobachtet vom Hubble-Weltraumteleskop (links) und vom James-Webb-Weltraumteleskop (rechts). Verteilung der Dunklen Materie im COSMOS-Feld. Die überlagerten Konturen markieren Regionen mit gleicher Dichte der Dunklen Materie und zeigen, wo diese unsichtbare Materie – hier in blauer Farbe dargestellt – am stärksten konzentriert ist.
Foto: Dr Gavin Leroy/Professor Richard Massey/COSMOS-Webb collaboration
Zehnmal mehr Galaxien, doppelte Schärfe
Die neue Karte enthält rund zehnmal mehr Galaxien als frühere bodengebundene Aufnahmen. Selbst das Hubble-Weltraumteleskop wird übertroffen. Die Auflösung ist etwa doppelt so hoch wie bei bisherigen Karten der Dunklen Materie.
Dr. Diana Scognamiglio vom JPL sagt dazu: „Dies ist die größte Karte der dunklen Materie, die wir mit Webb erstellt haben, und sie ist doppelt so scharf wie alle anderen Karten der dunklen Materie, die von anderen Observatorien erstellt wurden.“
Besonders wichtig war dabei das Mid-Infrared Instrument MIRI. Es erfasst Wellenlängen, die durch kosmischen Staub dringen. So werden Galaxien sichtbar, die in anderen Beobachtungen verborgen bleiben. Das Centre for Extragalactic Astronomy in Durham war an der Entwicklung von MIRI beteiligt.
Warum das auch für unsere Existenz relevant ist
Die neue Karte zeigt nicht nur Strukturen. Sie erzählt auch eine Geschichte. Ohne Dunkle Materie hätte sich das Universum vermutlich völlig anders entwickelt. Galaxien wie die Milchstraße wären instabil oder gar nicht entstanden. Schwere Elemente, aus denen Planeten und Leben bestehen, hätten sich kaum bilden können.
Professor Richard Massey von der Universität Durham erläutert: „Wo immer man heute normale Materie im Universum findet, findet man auch dunkle Materie.“ Und er ergänzt:
„Aber die gesamte wirbelnde Wolke aus dunkler Materie um die Milchstraße hat genug Schwerkraft, um unsere gesamte Galaxie zusammenzuhalten. Ohne dunkle Materie würde sich die Milchstraße auseinander drehen.“
Der nächste Schritt: das gesamte Universum kartieren
Die aktuelle Karte dient nun als Referenz. Künftige Missionen sollen darauf aufbauen. Geplant ist eine großflächige Kartierung mit dem Euclid-Teleskop der ESA und dem Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA.
Ziel ist es, die Eigenschaften der Dunklen Materie genauer zu verstehen. Wie hat sie sich über Milliarden Jahre entwickelt? Gibt es feine Unterschiede in ihrer Verteilung? Antworten darauf könnten helfen, grundlegende Modelle der Kosmologie zu testen.
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