Das Universum birgt viele Geheimnisse, und die dunkle Materie stellt eines der größten Rätsel dar, das Wissenschaftler zu entschlüsseln versuchen. Diese unsichtbare Substanz macht jedoch den größten Teil der kosmischen Masse aus, entzieht sich aber seit Jahrzehnten jeder direkten Beobachtung.
Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Genf hat sich vorgenommen, das Verhalten dieser schwer fassbaren Materie im kosmischen Maßstab zu untersuchen. Die Forscher interessierten sich besonders dafür, wie dunkle Materie auf Gravitationspotentiale reagiert, diese Verzerrungen der Raumzeit, die von massereichen Objekten wie Galaxien erzeugt werden.
Durch die Analyse der Bewegungsgeschwindigkeiten von Galaxien im gesamten Universum konnten sie ableiten, wie sich dunkle Materie in Regionen starker Gravitation verhält.
Die in
Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass dunkle Materie tatsächlich den Euler-Gleichungen zu folgen scheint, diesen mathematischen Prinzipien, die die Bewegung von Flüssigkeiten in der klassischen Physik beschreiben. Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass sich diese unsichtbare Materie in Gravitationspotentialen ähnlich wie gewöhnliche Materie bewegt und hauptsächlich auf die Schwerkraft reagiert. Die Forscher verglichen systematisch die Tiefe der Gravitationspotentiale mit den Geschwindigkeiten der Galaxien, um diese Übereinstimmung festzustellen.
Seltsamerweise öffnet die Studie auch eine Tür zur möglichen Existenz einer fünften fundamentalen Kraft, die auf dunkle Materie wirken könnte. Die aktuellen Analysen zeigen, dass, falls eine solche Kraft existiert, ihre Stärke 7% der Gravitation nicht überschreiten könnte. Diese Unsicherheitsspanne motiviert die Fortsetzung der Forschung mit empfindlicheren Instrumenten, die subtilere Effekte erfassen können.
Die nächsten Generationen kosmologischer Observatorien wie das LSST und DESI versprechen noch präzisere Messungen. Diese Instrumente werden Kräfte erfassen können, die nur 2% der Gravitationsstärke ausmachen, und so eine feinere Sicht auf das Verhalten der dunklen Materie bieten. Diese technische Verbesserung könnte es ermöglichen, die Frage nach der Existenz zusätzlicher Wechselwirkungen, die diese mysteriöse Komponente unseres Universums beeinflussen, endgültig zu klären.
Gravitationspotentiale und die kosmische Struktur
Gravitationspotentiale sind Regionen der Raumzeit, in denen die durch die Masse von Himmelskörpern erzeugte Krümmung eine Anziehungswirkung auf die umgebende Materie ausübt.
Im Universum bilden sich diese Potentiale um jedes massereiche Objekt, von Sternen bis zu Galaxienhaufen. Je größer die Masse, desto tiefer ist das Potential und desto weiter reicht sein nachweisbarer Einfluss im Raum. Ganze Galaxien können so zu diesen Regionen hoher Gravitationsdichte hingezogen werden und die großskalige Struktur des Kosmos formen.
Die Untersuchung der Materiebewegung in diesen Potentialen ermöglicht es Wissenschaftlern, die Verteilung der unsichtbaren Masse zu kartieren. Durch die Beobachtung, wie Galaxien bei der Annäherung an diese Regionen beschleunigen, können Forscher auf die Präsenz und das Verhalten der dunklen Materie schließen, die diese Wechselwirkungen dominiert.
Das Verständnis dieser Gravitationsmechanismen ist entscheidend, um die Geschichte der Entstehung kosmischer Strukturen nachzuvollziehen. Jedes Gravitationspotential erzählt einen Teil der Entwicklung des Universums, vom Urknall bis zur heutigen Strukturierung des Kosmos, die wir heute beobachten.
Quelle: Nature Communications