Dunkle Materie in der Milchstraße

Ohne Dunkle Materie halten Galaxien und Galaxienhaufen nicht zusammen. Das zeigt die Untersuchung der Bewegung von Sternen und Sternsystemen. Doch ausgerechnet in der Milchstraße hat es sich bislang als schwierig erwiesen, den Anteil an Dunkler Materie zu bestimmen. Einem internationalen Forscherteam gelang es nun erstmalig ohne zusätzliche Annahmen zu beweisen, dass sich die Rotation der Milchstraße nicht allein mit der sichtbaren Materie erklären lässt. Ihr unabhängiges Verfahren könne künftig dazu beitragen, die Verteilung der Dunklen Materie in der Milchstraße zu ermitteln und so neue Erkenntnisse über die Struktur und Entwicklung unserer Heimatgalaxie zu liefern, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Physics“.

„Die bisherigen Untersuchungen der Dunklen Materie in der inneren Galaxis fallen in zwei Kategorien“, stellen Fabio Iocco von der Autonomen Universität Madrid und seine Kollegen fest, „nämlich Modellierung der Massenverteilung und lokale Messungen.“ Beide Verfahren lieferten jedoch keinen Beweis für die Existenz von Dunkler Materie in der Milchstraße, argumentieren die Forscher. So würden bei der Modellierung der Massenverteilung sehr starke Annahmen über die Verteilung der Dunklen Materie einfließen, die dann einen geringen statistischen Fehler vortäuschen. „Doch dieser Fehler reflektiert lediglich die starken Annahmen“, so die Wissenschaftler.

Dunkle Materie in der Milchstraße

Lokale Messungen wiederum basieren auf Untersuchungen der Sternbewegungen in der Sonnenumgebung – und sind so ungenau, dass sich ihre Ergebnisse auch ganz ohne Dunkle Materie erklären lassen. Eine wirkliche Schlussfolgerung auf die Existenz von Dunkler Materie im Inneren der Milchstraße sei also mit beiden Methoden nicht möglich. Iocco und seine Kollegen verfolgen deshalb eine andere Strategie: Sie gehen von Messungen der Rotationskurve der Milchstraße – also der Rotationsgeschwindigkeit abhängig vom Abstand vom Galaxienzentrum – aus und versuchen, diese allein mit normaler baryonischer Materie zu erklären.

Die Forscher gestehen ein, dass auch dieses Verfahren nicht unabhängig von Annahmen ist: Für die Verteilung der baryonischen Materie lassen sich recht unterschiedliche Modelle konstruieren. Das Entscheidende sei jedoch, so Iocco und seine Kollegen, dass tatsächlich keines dieser Modelle die gemessene Rotationskurve erklären kann. Ohne irgendeine weitere Annahme über die Dunkle Materie zu machen, kann das Team also zeigen, dass es ohne Dunkle Materie nicht geht. Das Ergebnis öffne einen neuen Weg zur Bestimmung der Verteilung der Dunklen Materie in der Galaxis, so die Forscher, und damit auch zu einem physikalischen Verständnis der Dunklen Materie.