Der Sloan Digital Sky Survey testet die Theorie der Dunklen Materie

23. Mai 2003

Eine neue Untersuchung aufgrund von Daten aus dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) liefert das bisher stärkste Argument zugunsten der Theorie, dass Galaxien in den Zentren riesiger Ansammlungen Dunkler Materie liegen, die bis zu 50-mal so viel Masse enthalten wie die Galaxien selbst.

Die Ergebnisse unterstützen direkt die heute allgemein akzeptierten Theorien zur Dunklen Materie und stehen im Widerspruch zu einer alternativen Theorie, die unter dem Namen Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) bekannt ist. Diese Theorie war bereits seit ihrer ersten Formulierung (1983) umstritten: Sie umgeht die Forderung nach der Existenz Dunkler Materie zur Erklärung beobachteter Eigenschaften von Galaxien, indem sie eine Modifikation der Newtonschen Gravitationsgesetzes postuliert.

Dunkle Materie kann nicht direkt beobachtet werden. Nach der heute allgemein akzeptierten Theorie (die mit den hier vorgestellten Beobachtungen entschieden bestetigt wird), liegen etwa 27 Prozent der gesamten im Kosmos vorliegenden Masse in Form der Dunklen Mateire vor, nur 3 Prozent trägt die sichtbare Materie bei. Der Rest der Masse steckt in der sogenannten Dunklen Energie und in allen möglichen Formen der Strahlung.

Der erste Autor dieser Untersuchung, Francisco Prada (Max Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, und Instituto de Astrofisica de Canarias, Spanien) und seine Kollegen an der New Mexico State University at Las Cruces und anderen am Sloan Digital Sky Survey (SDSS) beteiligten Instituten haben ihre Ergebnisse am 26. Mai auf einer Tagung des Instituto de Astrofisica de Canarias, in La Palma (Spanien) vorgestellt.

Prada und seine Kollegen untersuchten die Geschwindigkeit von etwa 3000 kleineren Galaxien, die große, isolierte Einzelgalaxien auf Satellitenbahnen umlaufen. Diese 3000 Galaxien wurden aus einer Liste von 250000 Galaxien ausgewählt, die im Laufe des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) gefunden worden waren. Ohne die Daten des SDSS hätten die 3000 Testgalaxien nicht identifiziert werden können.

Die Geschwindigkeit eines Satelliten fällt periodisch ab, sobald er sich von seinem Zentralkörper entfernt. Im Fall der Planeten unseres Sonnensystems, deren Bahnen praktisch nur die Sonne und keine Dunkle Materie umschließen, nimmt die Bahngeschwindig schnell ab. Aber in der Umgebung von Galaxien, wo nach den gegenwärtigen kosmologischen Vorstellungen die Dunkle Materie in erhöhter Konzentration vorliegt, wird ein wesentlich geringerer Abfall der Geschwindigkeit erwartet.

Aufgrund von Messungen der Dopplerverschiebung in ihrem Spektrum bestimmten die Forscher die Geschwindigkeit jeder einzelnen Satellitengalaxie relativ zur von ihr umlaufenen Zentralgalaxie. Die so bestimmten Geschwindigkeitsverteilungen lassen sich nur mit der Existenz der theoretisch geforderten Dunklen Materie erklären und sind mit der alternativen MOND-Theorie nicht vereinbar. Die Untersuchung weiterer großer Galaxien und ihrer Satelliten wird eine genauere Bestimmung der Verteilung der Dunklen Materie in ihrer Umgebung ermöglichen.

Die Autoren der vorgestellten Arbeit:

Francisco Prada MPIA, Heidelberg & IAC, Teneriffa. E-Mail: fprada@ing.iac.es		Eva K. Grebel MPIA, Heidelberg grebel@mpia.de
Mayrita Vitviska Astronomy Department, New Mexico State University, Las Cruces mvitvit@nmsu.edu		Hans-Walter Rix Max-Planck-Institut für Astronomie rix@mpia.de
Anatoly Klypin New Mexico State University aklypin@nmsu.edu		Jon Brinkman Apache Point Observatory jb@apo.nmsu.edu
Jon A. Holtzman New Mexico State University holtz@nmsu.edu		Tim M. McKay Department of Physics, University of Michigan tamckay@umich.edu
David J. Schlegel Princeton University Observatory schlegel@astro.princeton.edu		Istvan Csabai Department of Physics, Eötvös University, Budapest csabai@galahad.elte.hu

An diesem Projekt beteiligte Institute:

Max-Planck-Institute für Astronomie Heidelberg
Centro Astronomico Hispano-Aleman
New Mexico State University
Princeton University Observatory
Apache Point Observatory
University of Michigan
Eötvös University, Budapest
Johns Hopkins University

Abb. 1: Verteilung der Dunklen Materie in der Umgebung einer Galaxie von der Größe unseres Milchstraßensystems. Das Bild ist das Ergebnis einer Modellrechnung zur Simulation der Entstehung von Galaxien im expandierenden Universum im Rahmen der modernen Standard-Kosmologie. Die »Galaxie« wird durch das helle Objekt in der Mitte dargestellt, sie ist umgeben von zahlreichen Satelliten aus Dunkler Materie. (Anatoly Klypin, SDSS)