Wiedergabe des Artikels der Zeitung Le Monde vom Freitag, den 17. März 2000
Wenn die dunkle Materie den Lichtweg ablenkt, dann existiert sie zweifellos
Die Verzerrung von Bildern entfernter Galaxien beweist die Existenz riesiger, unsichtbarer Objekte. Seit Jahren versuchen Astronomen, die dunkle Materie (90 % der Materie im Universum) nachzuweisen. Zahlreiche Hypothesen wurden aufgestellt, um die Natur dieses durch Teleskope nicht sichtbaren Mediums zu erklären: massive Objekte (Braune Zwerge) und elementare Teilchen (Neutrinos). Doch bisher blieb der Nachweis aus. Daher vermutet man, dass diese Materie aus theoretischen, noch nicht entdeckten Teilchen bestehen könnte. Die Astronomen sind sich einig: 90 % der Materie im Universum entziehen sich den Blicken ihrer Teleskope. Auf den Aufnahmen sind lediglich Galaxien und die Milliarden von Sternen, aus denen sie bestehen, dunkle oder helle Nebel, die den Himmel durchziehen, sowie gewaltige Energieblitze sichtbar, deren Entstehungsmechanismen noch nicht vollständig verstanden sind (...). Durch technologische Fortschritte haben sich neue Fenster im Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gamma-Bereich geöffnet. Kürzlich haben Astronomen auch die Neutrino-Astronomie eröffnet, bei der es um flüchtige Teilchen geht, die erheblich zur Gesamtmasse des Universums beitragen könnten. Doch die Theoretiker wissen genau, dass trotzdem der Großteil des Universums der astronomischen Gemeinschaft entgeht, die sich nicht mit dem beschränkten Erfahrungsbereich von lediglich 10 % zufriedengeben kann. Deshalb suchen sie seit vielen Jahren nach der berühmten dunklen Materie, dem wesentlichen Bestandteil unseres Universums. Eine Gruppe des Instituts für Astrophysik Paris, verbunden mit französischen Astronomen (CEA Saclay, Canada-France-Hawaii-Teleskop (CFHT) und Laboratoire d'Astronomie Spatiale Marseille) sowie ausländischen Forschern (Kanada, Deutschland, USA), hat nun ein neues Fenster in diese Welt geöffnet. Kurz zuvor hatten eine britische Gruppe unter der Leitung von Richard Ellis (Cambridge und Caltech) und eine amerikanische Gruppe unter der Leitung von Tyson (Bell Labs, New Jersey) diese Ergebnisse teilweise bestätigt.
Wie konnten die Forscher das Unsichtbare überwinden und die Existenz der dunklen Materie bestätigen? Indem sie einen Grundsatz nutzten, der besagt, dass Licht in der Nähe einer riesigen Materiemasse (Sonne, Galaxienhaufen) durch die Gravitation abgelenkt wird. Diese Hypothese wurde bereits mehrfach bestätigt. Doch die Astronomen fragten sich, ob derselbe Effekt auch bei der dunklen Materie beobachtet werden könnte, die vermutlich wenig dicht ist und in beträchtlichen Mengen existiert. Wenn dies der Fall wäre, würde diese dunkle Materie ihre Anwesenheit verraten, ohne selbst gesehen zu werden. „Kosmische Astigmatismus“. „1991 sagte Yannick Mellier vom Institut für Astrophysik Paris: Die Theorie prognostizierte damals, dass entfernte Objekte wie Galaxien aufgrund der Anwesenheit großer Mengen dunkler Materie auf ihrem Weg leicht verzerrt erscheinen und längliche Ellipsenformen aufweisen würden. Doch dieser kosmische Astigmatismus war nach Berechnungen so schwach, dass seine Messung eine Herausforderung darstellte. Außerdem fehlte den Forschern damals ein theoretisches Modell, um mögliche Messungen zu validieren, ebenso wie Kameras mit ausreichender Leistungsfähigkeit, um sie durchzuführen.“ Seitdem wurde die CFH 12K-Kamera entwickelt, und der Kanadier Ludovic Van Waerbeke hat spezielle Analysetools für dieses Forschungsprogramm entwickelt. Nach fünf Jahren, in denen die Forscher etwa 200.000 entfernte Galaxien, die mit dem CFHT fotografiert wurden, analysierten, gelang es ihnen endlich, ihre Ziele zu erreichen. Auf den Himmelsaufnahmen des CFHT erscheinen heute nach entsprechender Verarbeitung Hunderte winziger grünlich-weißer Ellipsen, die jeweils eine Galaxie darstellen. Kann man daraus nun schließen, dass dieses Phänomen tatsächlich durch eine gravitative Ablenkung des Lichts von Galaxien verursacht wird? „Auf jeden Fall“, antwortet Yannick Mellier. „Ohne Materie auf dem Weg der Lichtstrahlen – also ohne gravitativen Effekt – erscheinen selbst elliptische Galaxien als kleine runde Punkte. Im Gegensatz dazu ist das Bild mit zahlreichen winzigen Ellipsen bedeckt. Außerdem neigt der gravitative Effekt dazu, diese Galaxien zu organisieren – ähnlich wie ein Magnet, der Eisenfeilspäne nach den Linien eines magnetischen Feldes ausrichtet.“ Unbekannte Teilchen. Genau diese kaum wahrnehmbaren Verzerrungen und die Neuorganisation der Galaxien ermöglichen die Aussage, dass das Licht durch diffuse, unsichtbare Materiefilamente von geringer Dichte abgelenkt wurde. Eine Materie, deren Dichte gering ist (im Gegensatz zur Sonne oder Galaxienhaufen), deren Effekte aber dennoch wahrnehmbar sind, bedingt durch ihre enorme Ausdehnung: 100 Millionen bis eine Milliarde Parsec (1 Parsec entspricht 3,36 Lichtjahren). Für Vergleichszwecke: Unsere Galaxie ist in ihrer größten Ausdehnung nur 34.000 Parsec groß. Auf dem dreidimensionalen Modell, das das französische Team am Computer rekonstruiert hat, ist der Effekt beeindruckend. Auf ihrem Weg zu uns ändert das Licht ständig seine Richtung in der Nähe dieser Filamente, die wie ein Gruyère im Raum erscheinen. Eine Struktur, die die Geschichte des Universums erzählt und die Anfangsbedingungen seiner Entstehung enthüllt. Denn die dunkle Materie, die unseren Blicken entgeht, ist nicht von derselben Natur (baryonisch) wie die Materie, aus der Sterne und wir selbst bestehen. Laut Theoretikern besteht sie aus noch nicht entdeckten Teilchen – WIMPs, Axionen, supersymmetrische Teilchen usw. Eine neue Tür hat sich gerade geöffnet, durch die die Astronomen nun eilen können. In zwei Jahren wird am CFHT eine viermal größere Kamera, die MégaCam, entwickelt vom CEA Saclay, in Betrieb genommen. In weiterer Zukunft ist die Einrichtung eines Netzwerks von etwa hundert Teleskopen mit einem Durchmesser von einem Meter und der Start eines amerikanischen Satelliten, Snapsat, geplant, der den explosiven Sternen (Supernovae) gewidmet ist, aber auch die Effekte der dunklen Materie aufspüren kann.
Jean-François Augereau
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