Zur Feier von Halloween bringt Ihnen Hubble dieses tintenschwarze Bild des Galaxienhaufens Abell 611, der sich über 1000 Megaparsec oder ungefähr 3,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Wie bei allen Galaxienhaufen ist die weitere Existenz von Abell 611 für Astronomen ein Rätsel.
Insbesondere scheint in seinem Netz aus schnell rotierenden Galaxienbestandteilen nicht genug Masse enthalten zu sein, um zu verhindern, dass der Haufen auseinanderfliegt. Dies ist ein bekanntes Problem in der Astronomie mit sehr massiven Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen – sie scheinen einfach nicht genug kombinierte Masse zu enthalten, um ganz zu bleiben.
Interessanterweise stellt sich dieses Problem nicht auf kleineren kosmischen Skalen. So lässt sich beispielsweise der Umlauf der Planeten des Sonnensystems um die Sonne relativ einfach anhand der Massen und Standorte der Planeten und der Sonne berechnen. Es wird keine zusätzliche Masse benötigt, um die Integrität des Sonnensystems oder anderer Stern-Planeten-Systeme zu erklären. Warum bricht diese intuitive Regel in größeren Maßstäben zusammen?
Die vorherrschende Theorie besagt, dass das Universum riesige Mengen einer Substanz enthält, die als dunkle Materie bekannt ist. Während der Name bedrohlich klingen mag, bezieht sich „dunkel“ einfach auf die Tatsache, dass diese unbekannte Größe nicht wie andere Materie mit Licht zu interagieren scheint – weder emittierend noch reflektierend noch irgendeinen Teil des elektromagnetischen Spektrums absorbierend. Diese dunkle Eigenschaft macht es unglaublich schwierig, dunkle Materie zu charakterisieren, obwohl verschiedene Möglichkeiten postuliert wurden.
Im Wesentlichen fallen die meisten Kandidaten für dunkle Materie in eine von zwei Kategorien: eine Art von Teilchen, die in großen Mengen im gesamten Universum vorhanden ist, aber aus irgendeinem Grund nicht wie andere Teilchen mit Licht interagiert; oder irgendeine Art von massivem Objekt, das ebenfalls im gesamten Universum in großer Menge vorhanden ist, sich jedoch nicht für die Erkennung mit der aktuellen Teleskoptechnologie eignet.
Zwei der skurrilsten Kandidaten für dunkle Materie fallen in die erste bzw. zweite Kategorie. Schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) sind hypothetische subatomare Teilchen, die nicht mit Photonen interagieren – mit anderen Worten, sie interagieren nicht mit Licht. Massive astrophysikalische kompakte Halo-Objekte (MACHOs) sind eine hypothetische Gruppe sehr massiver Objekte, die (im Gegensatz zu WIMPs) aus einer Art von Materie bestehen, die wir bereits kennen, die aber extrem schwer zu beobachten sind, da sie so wenig Licht emittieren.
Trotz enormer Bemühungen wurden jedoch keine schlüssigen Beweise für WIMPs, MACHOs oder andere Formen dunkler Materie gefunden.
Wenn dunkle Materie hartnäckig undefinierbar bleibt, ist sie glücklicherweise leicht quantifizierbar. Tatsächlich sind Galaxienhaufen wie Abell 611 ideale Labors für die Quantifizierung dunkler Materie, aufgrund der zahlreichen Beweise für Gravitationslinsen, die innerhalb des Haufens sichtbar sind. Ein Beispiel für Lensing ist vielleicht am deutlichsten in der Mitte des Bildes zu sehen, links vom leuchtenden Kern des Clusters, wo eine Lichtkurve zu sehen ist. Diese Kurve ist Licht von einer weiter entfernten Quelle, die durch die riesige Masse von Abell 611 gebogen und verzerrt (oder „gelinset“) wurde.
Das Ausmaß, in dem Licht durch den Cluster gebeugt wurde, kann verwendet werden, um seine wahre Masse zu messen. Dies kann dann mit einer Schätzung seiner Masse verglichen werden, die aus allen sichtbaren Komponenten des Clusters abgeleitet wird. Der Unterschied zwischen der berechneten Masse und der beobachteten Masse ist atemberaubend. Tatsächlich schätzen Astronomen derzeit, wenn man herauszoomt, dass etwa 85 % der Materie im Universum dunkle Materie ist.
Auch wenn das Rätsel, was das kosmische Spinnennetz der Galaxien in Abell 611 zusammenhält, ungelöst bleibt, können wir uns dennoch an diesem Bild und der faszinierenden Wissenschaft erfreuen – sowohl gut etabliert als auch theoretisiert – die sich darin abspielt.