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In den Tiefen der Dunklen Materie – neue Erkenntnisse überraschen Forscher

Mit einer Simulation von Dunkler Materie konnten Forscher ihre Eigenschaften studieren. (Symbolbild)
Mit einer Simulation von Dunkler Materie konnten Forscher ihre Eigenschaften studieren. (Symbolbild)
Foto: iStock.com/leolintang
Über Dunkle Materie ist bislang noch nicht viel bekannt. Forscher haben dieses Mysterium nun simuliert, um mehr darüber zu erfahren. Dabei half ein virtuelles Universum.

Was genau Dunkle Materie ist, konnte bislang nicht geklärt werden. Zwar lässt sich beobachten, was sie im Universum bewirkt, doch viel wissen Forscher nicht über sie. Eine Simulation sollte sie nun in jahrelanger Arbeit nachbilden. Dabei ist einem Forscherteam gelungen, näher auf die Dunkle Materie im virtuellen Kosmos hinzuzoomen. Ihre Beobachtungen sind ziemlich überraschend.

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Dunkle Materie stellt Forscher vor eine Herausforderung

Versucht man Dunkle Materie im Universum direkt zu beobachten, ist dies nicht einfach, da sie sehr dunkel ist. Mit Supercomputern aus China und Europa hat ein Forscherteam diese Materie nun simuliert. In dieses digitale Universum lässt sich auch hereinzoomen. Nun konnten die Wissenschaftler eine nie dagewesene Detailschärfe beobachten. Du kannst dir das vorstellen, wie ein Floh, der sich auf der Mondoberfläche befindet.

Mit dieser Simulationen ließen sich nun Hunderte virtueller Halos, die aus Dunkler Materie bestehen, erstellen. Darunter finden sich große und kleine Halos wie man sie in unserem Universum finden könnte. Diese Darstellung ist so wichtig, weil Dunkle Materie ein fester Bestandteil der kosmischen Entwicklung ist. Nachdem sich Gas im Zentrum von Klumpen aus Dunkler Materie abgekühlt hat, sind daraus Galaxien entstanden. Das sind sogenannte Halos aus Dunkler Materie. Sie entkoppeln sich im Laufe der Zeit von der Hintergrundexpansion des Universums. Das geschieht, weil es zu einer Anziehungskraft der eigenen Dunklen Materie kommt, die sich in den Halos befindet.

Untersuchungen von Halos sind eine Herausforderung

Durch die Beschaffenheit der Galaxien können Forscher Eigenschaften von Dunkler Materie in großen Halos definieren. Über kleine Halos ist allerdings nicht so viel bekannt. Sie enthalten meistens keine Galaxie. In besonders großen Halos unseres Kosmos sind riesige Galaxiehaufen zu finden. Das heißt, dass sich dort Hunderte helle Galaxien tummeln können. Ihre Eigenschaften konnten Astronomen bisher gut untersuchen. Sie haben ein Gewicht von einer Billiarde Sonnenmassen.

Dahingegen ist das Gewicht der kleineren Halos, die aus Dunkler Materie bestehen, nicht bekannt. Durch die Simulation und das Heranzoomen mit dem Supercomputer gehen die Forscher davon aus, dass die Masse ähnlich der unserer Erde sein könnte. Kleine Halos tauchen häufig auf. Zudem enthalten sie einen beträchtlichen Teil der Dunklen Materie im Universum. Trotz allem bleiben sie im Laufe der kosmischen Geschichte dunkel. Sterne und Galaxien können nur in Halos entstehen, die eine Millionen Mal massereicher sind als unsere Sonne.

Forscher machen überraschende Erkenntnis

Fünf Jahre lang hat das Forscherteam an dem kosmischen Zoom gearbeitet. Auf diese Weise ließ sich die Struktur der Halos aus Dunkler Materie untersuchen. Darunter auch Halos, die nur eine Masse zwischen der Erde und einem großen Galaxienhaufen haben. Mit dem Zoom konnte ein Bereich abgedeckt werden, der 1030 ist. Das ist die Anzahl der Kilogramm, welcher unsere Sonne entspricht. Dabei kamen die Forscher auf folgende Erkenntnis:

  • Alle Halos weisen eine ähnliche innere Struktur auf.
  • Das Zentrum ist sehr dicht.
  • Nach außen hin werden sie diffuser.
  • In den äußeren Regionen gibt es kleinere Klumpen, die um die Halos kreisen.

Nur mit einem Maßstab war es möglich, große und kleine Halos zu vergleichen. Die Wissenschaftler mussten zu ihrer Überrschung feststellen, dass die Klumpen Dunkler Materie genau gleich aussahen. Mit der Simulation können sie nun auch berechnen, wie stark die Gammastrahlung sein könnte, wenn Teilchen aus Dunkler Materie miteinander kollidieren würden. Die Vermutung ist, dass ein Großteil der Strahlung aus Halos stammen, die zu klein sind, um Sterne zu beinhalten.

Bislang kam es nie zu einem Tod durch Dunkle Materie. Das Mysterium sorgt für viele Fragen, doch sechs Dinge erklären die Existenz von Dunkler Materie.

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