Dunkle Materie und Sterne interagieren nicht wie bisher angenommen

Eine langjährige „Verschwörung“ in der Astronomie – dass Sterne und dunkle Materie auf unerklärliche Weise interagieren – wurde von einem internationalen Team von Astronomen widerlegt, in einem Papier In Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Die Autoren sind in Australien, Großbritannien, Österreich und Deutschland ansässig und nutzten das Very Large Telescope in Chile.

Die Verschwörungstheorie entstand, um ein Phänomen zu erklären, das Astronomen ein Vierteljahrhundert lang vor Rätsel gestellt hatte. Die Materiedichte in verschiedenen Galaxien schien von ihrem Zentrum bis zu den äußeren Rändern mit der gleichen Geschwindigkeit abzunehmen. Das war verwirrend, denn Galaxien sind vielfältig und haben viele verschiedene Alter, Formen, Größen und Sternzahlen. Warum also sollten sie die gleiche Dichtestruktur aufweisen?

„Diese Homogenität deutet darauf hin, dass dunkle Materie und Sterne sich irgendwie gegenseitig kompensieren müssen, um solche regelmäßigen Massenstrukturen zu erzeugen“, sagt Dr. Caro Derkenne, die Erstautorin des Artikels und ASTRO 3D-Forscherin an der Macquarie University.

Wie bei vielen Verschwörungstheorien konnte kein Forscher einen Mechanismus finden. Wenn dunkle Materie und Sterne auf diese Weise interagieren könnten, müssten wir unser Verständnis davon ändern, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln. Aber sie konnten bis jetzt auch keinen alternativen Grund finden, um zu erklären, was sie sahen.

Derkenne und ihre Kollegen stellten fest, dass die Ähnlichkeit in der Dichte möglicherweise nicht auf die Galaxien selbst zurückzuführen ist, sondern auf die Art und Weise, wie Astronomen sie messen und modellieren.

Das Team beobachtete mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile 22 Galaxien mittleren Alters (die aufgrund ihrer großen Entfernung etwa vier Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurückblicken) in außergewöhnlicher Detailgenauigkeit. Dadurch konnten sie komplexere Modelle erstellen, die die Vielfalt der Galaxien im Universum besser erfassen.

„In der Vergangenheit hat man einfache Modelle gebaut, die zu viele Vereinfachungen und Annahmen enthielten“, sagt Derkenne.

„Galaxien sind kompliziert und wir müssen sie mit Freiheit modellieren, sonst messen wir die falschen Dinge. Unsere Modelle liefen auf dem OzStar-Supercomputer der Swinburne University und benötigten dabei etwa 8.000 Stunden Desktop-Rechnerzeit.“

Derkenne wendet ihr astronomisches Fachwissen nun auf komplexe Daten für den australischen öffentlichen Dienst an.

„Die Astronomie bereitet einen wirklich gut darauf vor, Big Data zu verstehen“, sagt sie. „Die reale Welt ist chaotisch und wir haben nicht immer alle Daten. Niemand ist da, der einem die Antworten sagt oder ob man richtig oder falsch liegt. Man muss Daten sammeln und analysieren, bis man etwas findet, das funktioniert.“

Das Projekt verwendete MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) am VLT, um die Galaxien aus der MAGPI-Umfrage (Middle Ages Galaxy Properties with Integral field spectroscopy) zu analysieren. MUSE sammelt Spektraldatenwürfel, in denen jedes einzelne Pixel tatsächlich ein Spektrum ist.

„Das MAGPI-Projekt ist ein großartiges Beispiel dafür, wie Schulungsworkshops und Gemeinschaftsräume innerhalb von ASTRO 3D die strategische Partnerschaft Australiens mit der Europäischen Südsternwarte genutzt haben“, sagt ASTRO 3D-Direktorin Professor Emma Ryan-Weber.

„Die komplexen Daten des Very Large Telescope der ESO haben nicht nur ein seit langem bestehendes Problem der Astronomie gelöst, sondern auch jungen Wissenschaftlern wie Dr. Caro Derkenne eine Plattform für den Start ihrer Karriere zur Lösung realer Probleme geboten“, sagt sie.

Die Co-Autoren kommen vom International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) in Westaustralien, der University of Durham, der Universität Wien, der Australian National University, der University of New South Wales Sydney, der University of Sydney, der Ludwig-Maximilians-Universität und der University of Queensland.