Neue Computersimulationen könnten dazu beitragen, eine der zentralen offenen Fragen der modernen Kosmologie genauer zu untersuchen. Forschende haben Modelle ultraleichter Dunkle-Materie-Teilchen direkt als Wellenfeld simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser Ansatz die beobachteten Positionen mehrfacher Bilder eines stark gelinsten Quasars besser reproduzieren kann als zwei verbreitete Vergleichsmodelle. Ein Beweis dafür, dass Dunkle Materie tatsächlich aus solchen Teilchen besteht, ist dies jedoch nicht.
Dunkle Materie bleibt ein kosmisches Rätsel
Dunkle Materie lässt sich bislang fast ausschließlich über ihre gravitative Wirkung nachweisen. Sie sendet selbst kein Licht aus und kann daher mit herkömmlichen astronomischen Beobachtungsmethoden nicht direkt sichtbar gemacht werden.
Nach dem etablierten kosmologischen Modell macht Dunkle Materie den größten Teil der Materie im Universum aus. Ihre genaue Zusammensetzung gehört dennoch weiterhin zu den ungelösten Fragen der Astrophysik.
Eine mögliche Erklärung sind extrem leichte Teilchen. Aufgrund ihrer sehr geringen Masse könnten sie sich auf astronomischen Größenskalen nicht ausschließlich wie einzelne Teilchen verhalten. Stattdessen könnten sie gemeinsam Eigenschaften eines Wellenfeldes entwickeln.
Simulation berücksichtigt wellenartige Eigenschaften
Genau dieses Verhalten wurde in den neuen Computersimulationen direkt berücksichtigt. Die Forschenden modellierten die Dunkle Materie als Wellenfeld und verglichen die Ergebnisse mit zwei anderen verbreiteten Ansätzen.
Im Mittelpunkt stand ein sogenanntes starkes Gravitationslinsensystem. Dabei wird das Licht eines weit entfernten Objekts durch die Schwerkraft einer massereichen Struktur im Vordergrund abgelenkt.
Ist die Anordnung von Hintergrundquelle, Linse und Beobachter günstig, können mehrere Bilder desselben astronomischen Objekts entstehen. Bei Quasaren lässt sich dieser Effekt besonders präzise untersuchen.
Acht Radiobilder dienen als Test
Für die Untersuchung wurden die gemessenen Positionen von acht Radiobildern eines Linsensystems herangezogen. Die direkten Wellensimulationen konnten diese Positionen besser reproduzieren als die beiden verwendeten Vergleichsansätze.
Das deutet darauf hin, dass die wellenartige Struktur ultraleichter Dunkler Materie messbare Auswirkungen auf die Verteilung der Masse und damit auf die Ablenkung des Lichts haben könnte.
Starke Gravitationslinsen sind für solche Untersuchungen besonders geeignet. Bereits kleine Unterschiede in der Massenverteilung können die Positionen, Helligkeiten und weitere Eigenschaften der beobachteten Bilder beeinflussen.
Präzise Quasarmessungen könnten Teilchenmasse eingrenzen
Bei Modellen ultraleichter Dunkler Materie spielt die Masse der hypothetischen Teilchen eine entscheidende Rolle. Sie beeinflusst unter anderem, auf welchen räumlichen Skalen die charakteristischen Welleneffekte auftreten.
Je genauer Astronomen die Positionen mehrfacher Quasarbilder bestimmen können, desto besser lassen sich verschiedene Modelle miteinander vergleichen. Dadurch könnten bestimmte Massenbereiche der hypothetischen Dunkle-Materie-Teilchen künftig überprüft oder ausgeschlossen werden.
Besonders hochauflösende Radiobeobachtungen können dabei wichtige Daten liefern, weil sich die Positionen einzelner Bilder mit großer Genauigkeit bestimmen lassen.
Ergebnisse sind kein Nachweis für ultraleichte Teilchen
Trotz der besseren Übereinstimmung mit den beobachteten Bildpositionen liefern die Simulationen keinen direkten Beweis dafür, dass Dunkle Materie tatsächlich aus ultraleichten Teilchen besteht.
Ein Modell, das bestimmte Beobachtungen besser reproduziert, muss sich auch an weiteren unabhängigen Linsensystemen bewähren. Zusätzliche Beobachtungen und detailliertere Simulationen sind deshalb notwendig, um mögliche wellenartige Signaturen systematisch zu überprüfen.
Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass stark gelinste Quasare ein wertvolles Instrument bei der Suche nach den Eigenschaften Dunkler Materie sein könnten. Präzisere astronomische Messungen könnten künftig dazu beitragen, mögliche Teilchenmassen einzugrenzen und unterschiedliche Erklärungsmodelle für die unsichtbare Materie im Universum genauer zu testen.
Jonas Fischer ist Autor bei bna-germany.com und berichtet über aktuelle Entwicklungen aus Deutschland und der Welt. Sein Fokus liegt auf klar verständlicher Berichterstattung zu Politik, Wirtschaft, Technologie, Sport, Unterhaltung und Gesellschaft. Er legt Wert auf gut recherchierte, leicht zugängliche Informationen, die für Leserinnen und Leser im Alltag relevant sind. Ziel seiner Beiträge ist es, komplexe Themen verständlich aufzubereiten und aktuelle Ereignisse sachlich und nachvollziehbar einzuordnen. Er schreibt objektiv und unabhängig.
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