Hinweise auf dunkle Materie — Astronomie, 14–17 Jahre
Galaxien bewegen sich so, als enthielten sie mehr gravitätserzeugende Materie, als Teleskope sehen können.
Gravitation unsichtbarer Materie
Dunkle Materie ist der Name für Materie, auf die man wegen ihrer Gravitation schließt, die aber durch ausgesandtes oder absorbiertes Licht nicht sichtbar ist. Sie ist kein Schwarzes Loch und nicht einfach gewöhnlicher, versteckter Staub. Die Vorstellung lautet, dass Galaxien von unsichtbarer Masse umgeben sind, die die Bewegungen von Sternen und Galaxien beeinflusst.
Das Problem der zu schnellen Sterne
Astronominnen und Astronomen maßen, wie schnell Sterne innerhalb von Galaxien umlaufen. Weit vom Zentrum entfernt bewegen sich viele fast genauso schnell wie die näheren, obwohl die sichtbare Materie dort weniger Gravitation liefern müsste. Dieses Muster deutete entweder auf ein anderes Verhalten der Gravitation in diesen Größenordnungen oder auf viel mehr Masse als die sichtbare hin; dunkle Materie ist die führende Erklärung.
Masse aus der Umlaufgeschwindigkeit erschließen
Für eine einfache Umlaufbahn gilt v² = GM/r, daher ist die Masse innerhalb der Bahn M = v²r/G. Angenommen, ein Stern bewegt sich bei einem Radius von 30.000 Lichtjahren mit 200 km/s. Würde die sichtbare Materie eine deutlich geringere Geschwindigkeit vorhersagen, erfordert der gemessene Wert von v zusätzliche Masse innerhalb und um die Bahn. Das ist eine Folgerung aus der Bewegung, kein Foto dunkler Materie.
Unsichtbar bedeutet nicht eingebildet
Es ist verständlich, etwas anzuzweifeln, das kein Teleskop fotografieren kann. In der Wissenschaft werden Objekte jedoch oft durch ihre Wirkungen erkannt, etwa ein Planet durch seine Anziehung auf den Stern. Für dunkle Materie gibt es mehrere gravitative Hinweise, darunter Galaxienbewegungen und die Ablenkung von Licht. Ihre Teilchen wurden aber noch nicht direkt nachgewiesen; die Idee bleibt prüfbar, auch wenn nicht jedes Detail geklärt ist.
Masse im All kartieren
Astronominnen und Astronomen nutzen Gravitationslinsen, um die Massenverteilung in Galaxienhaufen zu kartieren. Ein Haufen lenkt das Licht weiter entfernter Galaxien ab, und das Muster dieser Verzerrung kann Masse sichtbar machen, die wenig oder gar kein Licht aussendet. Solche Karten prüfen Modelle der Galaxienbildung und vergleichen sichtbare Materie mit der größeren gravitativen Struktur um sie herum.
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