Manchmal sind die wichtigsten Dinge im Universum genau diejenigen, die wir nicht sehen können.
Dunkle Materie ist das vielleicht beste Beispiel.
Sie leuchtet nicht.
Sie reflektiert kein Licht.
Und kein Teleskop kann einfach ein Foto von ihr aufnehmen.
Trotzdem gehen Astronomen davon aus, dass sie einen großen Teil der Materie im Universum ausmacht. Ihre Existenz lässt sich vor allem daran erkennen, wie ihre Gravitation Sterne und Galaxien beeinflusst.
Nun haben Wissenschaftler eine ungewöhnliche kosmische Spur entdeckt, die dabei helfen könnte, diese unsichtbare Materie genauer zu untersuchen.
In der kleinen Galaxie UGC9050-Dw1 fanden Forscher einen langgezogenen Strom aus Sternen – die Überreste eines Kugelsternhaufens, der über enorme Zeiträume auseinandergezogen wurde.
Das Besondere daran: Ein solcher Sternenstrom aus einem Kugelsternhaufen wurde erstmals außerhalb der Milchstraße identifiziert.
Ein Sternhaufen wird langsam auseinandergerissen
Kugelsternhaufen gehören zu den eindrucksvollsten Strukturen des Kosmos.
Sie bestehen aus großen Mengen alter Sterne, die durch ihre gegenseitige Gravitation eng zusammengehalten werden.
Doch auch solche Systeme sind nicht unzerstörbar.
Während ein Sternhaufen durch eine Galaxie wandert, wirken gravitative Kräfte auf ihn. Nach und nach können Sterne aus dem Haufen herausgezogen werden.
Sie verschwinden allerdings nicht einfach.
Stattdessen bleiben sie entlang der Umlaufbahn zurück.
Über Milliarden Jahre kann dadurch eine lange, extrem schwache Sternenspur entstehen.
Man kann sich das ein wenig wie kosmische Brotkrumen vorstellen.
Der ursprüngliche Sternhaufen bewegt sich weiter – und hinter ihm bleibt eine Spur zurück.
Genau eine solche Struktur haben Astronomen nun in UGC9050-Dw1 gefunden.
Die Entdeckung versteckte sich bereits in Hubble-Daten
Interessant ist auch, wie der Fund zustande kam.
Die Forscher mussten dafür nicht erst eine völlig neue Weltraummission starten.
Die entscheidenden Beobachtungen steckten bereits in Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops.
Bei der Analyse der Aufnahmen fiel eine ungewöhnliche lineare Struktur in der Galaxie auf.
Weitere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass es sich tatsächlich um Sterne handelt, die ursprünglich zu einem Kugelsternhaufen gehörten.
Das ist ein schönes Beispiel dafür, dass wissenschaftliche Daten nicht automatisch „veraltet“ sind, nur weil sie bereits vor Jahren aufgenommen wurden.
Neue Methoden und neue Fragestellungen können in alten Beobachtungen Dinge sichtbar machen, nach denen ursprünglich niemand gesucht hatte.
Warum interessiert sich die Forschung für eine dünne Sternenspur?
Weil Sterne auf Gravitation reagieren.
Und Gravitation verrät, wo Masse vorhanden ist.
Ein Sternenstrom bewegt sich durch das Gravitationsfeld seiner Galaxie. Wird seine Form gestört, können Wissenschaftler daraus Rückschlüsse darauf ziehen, welche Massenstrukturen den Strom beeinflusst haben.
Genau hier kommt Dunkle Materie ins Spiel.
Sie ist zwar unsichtbar, erzeugt aber Gravitation.
Ein ausreichend genau untersuchter Sternenstrom kann deshalb gewissermaßen als kosmischer Detektor funktionieren.
Nicht indem er Dunkle Materie direkt zeigt.
Sondern indem er sichtbar macht, was ihre Gravitation mit Sternen macht.
In unserer Milchstraße kennen wir solche Strukturen bereits
Sternenströme sind grundsätzlich nichts völlig Neues.
In der Milchstraße wurden bereits verschiedene solcher Strukturen untersucht.
Sie sind für Astronomen besonders wertvoll, weil sie empfindlich auf Veränderungen des Gravitationsfeldes reagieren.
Das Problem:
Wenn man Dunkle Materie nur anhand unserer eigenen Galaxie untersucht, betrachtet man letztlich immer dasselbe kosmische Umfeld.
Die neue Entdeckung erweitert diese Möglichkeit erstmals auf einen Sternenstrom aus einem Kugelsternhaufen in einer anderen Galaxie.
Und genau das könnte langfristig entscheidend werden.
Denn Wissenschaft lebt vom Vergleich.
Eine ungewöhnlich kleine Galaxie wird zum Labor
UGC9050-Dw1 ist keine riesige Spiralgalaxie wie unsere Milchstraße.
Sie ist eine lichtschwache Zwerggalaxie.
Gerade solche kleinen Galaxien sind für die Erforschung Dunkler Materie besonders interessant.
Bei großen Galaxien befinden sich enorme Mengen normaler Materie – Sterne, Gas und Staub – im System. Deren Gravitation muss bei Berechnungen berücksichtigt werden.
Zwerggalaxien können dagegen stark von Dunkler Materie dominiert sein.
Das macht sie zu natürlichen Laboren.
Wenn sich dort ein empfindlicher Sternenstrom befindet, entsteht eine besonders interessante Kombination:
Eine kleine Galaxie.
Ein sichtbarer Strom alter Sterne.
Und ein großer Anteil unsichtbarer Masse.
Dunkle Materie bleibt eines der größten Rätsel der Physik
Das Faszinierende an Dunkler Materie ist, wie sicher wir uns über ihre gravitative Wirkung sind – und wie wenig wir trotzdem über ihre eigentliche Natur wissen.
Beobachtungen von Galaxien zeigen seit Jahrzehnten, dass sichtbare Materie allein ihre Bewegungen nicht erklären kann.
Sterne in den äußeren Bereichen vieler Galaxien bewegen sich beispielsweise schneller, als es aufgrund der sichtbaren Masse zu erwarten wäre.
Auch Gravitationslinsen, Galaxienhaufen und die großräumige Struktur des Universums liefern Hinweise auf zusätzliche unsichtbare Masse.
Das Standardmodell der Kosmologie kommt ohne Dunkle Materie kaum aus.
Doch woraus sie besteht, ist weiterhin unbekannt.
Vielleicht besteht sie aus bislang unbekannten Teilchen
Eine der großen Ideen lautet, dass Dunkle Materie aus Teilchen besteht, die bisher noch nicht direkt nachgewiesen wurden.
Über Jahrzehnte wurden zahlreiche Kandidaten vorgeschlagen.
WIMPs.
Axionen.
Extrem leichte Teilchen.
Und verschiedene andere exotische Möglichkeiten.
Experimente auf der Erde versuchen, direkte Wechselwirkungen solcher Teilchen nachzuweisen.
Teilchenbeschleuniger suchen nach Hinweisen.
Astronomen wiederum betrachten das Universum selbst als Experiment.
Bis heute gibt es jedoch keinen allgemein akzeptierten direkten Nachweis eines Dunkle-Materie-Teilchens.
Genau deshalb sind neue astronomische Methoden so interessant.
Was passiert, wenn unsichtbare Klumpen durch den Sternenstrom fliegen?
Hier wird die neue Entdeckung besonders spannend.
Bestimmte Modelle gehen davon aus, dass Dunkle Materie nicht vollkommen gleichmäßig um Galaxien verteilt ist.
Es könnten kleinere Konzentrationen beziehungsweise sogenannte Subhalos existieren.
Wenn eine solche unsichtbare Massenkonzentration nahe an einem Sternenstrom vorbeizieht, könnte ihre Gravitation Spuren hinterlassen.
Der Strom könnte Lücken entwickeln.
Seine Form könnte verändert werden.
Einzelne Bereiche könnten dichter oder dünner werden.
Astronomen könnten solche Veränderungen messen und daraus auf die unsichtbare Struktur schließen.
Ein bisschen so, als würde man den Wind nicht direkt sehen, sondern beobachten, wie sich ein Vorhang bewegt.
Ein einzelner Sternenstrom löst das Rätsel allerdings nicht
So aufregend die Entdeckung ist, sie bedeutet nicht, dass Dunkle Materie nun gefunden oder identifiziert wurde.
Das wäre eine viel zu weitgehende Schlussfolgerung.
Der neu entdeckte Strom ist vielmehr ein neues Werkzeug.
Und wie nützlich dieses Werkzeug letztlich wird, hängt davon ab, wie genau zukünftige Beobachtungen seine Sterne, Bewegung und Struktur vermessen können.
Forscher erwarten allerdings, dass kommende leistungsfähige Teleskope weitere solcher Sternenströme außerhalb der Milchstraße entdecken könnten.
Dann würde aus einem einzelnen außergewöhnlichen Fund möglicherweise eine ganze neue Beobachtungsmethode.
Genau deshalb ist der erste Fund so wichtig
In der Wissenschaft ist die erste Entdeckung einer neuen Objektklasse häufig besonders bedeutend.
Nicht unbedingt, weil dieses eine Objekt sofort alle Fragen beantwortet.
Sondern weil es beweist:
Man kann solche Dinge überhaupt finden.
Wenn ein extragalaktischer Sternenstrom entdeckt wurde, können Astronomen gezielt nach weiteren suchen.
Andere Galaxien.
Andere Größen.
Andere Umgebungen.
Andere mögliche Verteilungen Dunkler Materie.
Aus einem einzigen kosmischen Sonderfall könnte dadurch irgendwann eine statistisch relevante Stichprobe entstehen.
Und erst dann lässt sich überprüfen, ob sich Dunkle Materie in verschiedenen Galaxien tatsächlich so verhält, wie unsere Modelle vorhersagen.
Neue Teleskope könnten die Suche massiv beschleunigen
Die nächste Generation astronomischer Beobachtungen produziert enorme Datenmengen.
Große Himmelsdurchmusterungen erfassen Milliarden Objekte.
Weltraumteleskope liefern immer tiefere Aufnahmen.
Computer können Strukturen erkennen, die für Menschen in dieser Datenmenge kaum noch manuell auffindbar wären.
Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, weitere extrem lichtschwache Sternenströme zu entdecken.
Was heute noch wie eine seltene Besonderheit aussieht, könnte in einigen Jahren eine eigene Forschungsrichtung sein.
Und vielleicht wird sich dann herausstellen, dass solche Sternenspuren in vielen kleinen Galaxien existieren.
Wir konnten sie bisher nur nicht sehen.
Das Universum verrät Unsichtbares durch Bewegung
Vielleicht ist genau das der schönste Teil dieser Entdeckung.
Astronomen haben Dunkle Materie nicht fotografiert.
Sie haben kein neues Teilchen eingefangen.
Und sie können noch immer nicht sagen, woraus sie besteht.
Stattdessen haben sie eine schwache Spur aus Sternen gefunden.
Diese Sterne bewegen sich unter dem Einfluss einer Gravitation, deren Ursprung teilweise unsichtbar ist.
Ihre Positionen und Bewegungen speichern damit Informationen über die Struktur ihrer Galaxie.
Das Universum hinterlässt gewissermaßen Hinweise auf etwas, das sich unseren Teleskopen direkt entzieht.
Und manchmal braucht es dafür keine spektakuläre Explosion und kein gigantisches Schwarzes Loch.
Manchmal reicht eine dünne Linie aus alten Sternen, die sich über Milliarden Jahre langsam durch die Dunkelheit gezogen hat.
Eine kosmische Spur, die vielleicht sichtbar macht, wie das Unsichtbare unser Universum formt.