Ein ungewöhnliches astronomisches Bild einer fernen Galaxie könnte die Anwesenheit einer mysteriösen Substanz enthüllen, die den Großteil unseres Universums ausmacht, aber für unsere Instrumente unsichtbar bleibt.
Als Astronomen die Daten zum ersten Mal untersuchten, glaubten sie an einen technischen Fehler. Pierre Cox, Astronom am nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung, äußerte sein Erstaunen über diese unerwartete Entdeckung. Das Bild zeigte ein sogenanntes "Einstein-Kreuz", ein Phänomen, bei dem das Licht einer fernen Galaxie durch die Nähe zu einem massereichen Objekt verzerrt wird und normalerweise vier separate Bilder erzeugt. Doch diesmal erschien ein fünfter Lichtpunkt im Zentrum, was den üblichen theoretischen Vorhersagen widersprach.
Dieses besondere 'Einstein-Kreuz' zeigt das Licht einer fernen Galaxie, das fünfmal statt der üblichen vier verstärkt und wiederholt wird.
Bildnachweis: Nicolás Lira Turpaud (Observatorium ALMA) & adaptiert von Cox et al. 2025 Die Forscher unternahmen eine Reihe von Analysen, um diese Anomalie zu verstehen. Sie verwendeten Computermodelle, um verschiedene Hypothesen zu testen. Ihre Simulationen bestätigten, dass die fünf Lichtpunkte tatsächlich von derselben Galaxie stammten, was die Möglichkeit eines störenden Objekts ausschloss. Nachdem sie Instrumentenfehler durch Vergleich mit Daten anderer Observatorien ausgeschlossen hatten, untersuchte das Team die Hypothese einer Konzentration dunkler Materie.
Die dunkle Materie stellt eines der größten Rätsel der modernen Kosmologie dar. Diese unsichtbare Substanz interagiert nicht mit Licht, übt aber gravitativen Einfluss auf ihre Umgebung aus. Im Fall dieser besonderen Beobachtung könnte ein dichter Halo dunkler Materie die Bildung des fünften Lichtpunkts erklären, indem er das Licht auf ungewöhnliche Weise ablenkt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven, um die Eigenschaften dieser fundamentalen Komponente des Universums direkt zu untersuchen.
Diese außergewöhnliche Beobachtung ermöglicht es Astronomen, gleichzeitig eine ferne Galaxie und die unsichtbare Materie zu studieren, die ihr Licht verzerrt. Das Wissenschaftsteam hofft nun, diese Daten zu nutzen, um theoretische Modelle zu verfeinern und die Verteilung der dunklen Materie im Universum besser zu verstehen. Diese Forschungen könnten zu bedeutenden Fortschritten in unserem Verständnis der kosmischen Struktur und der Kräfte führen, die die Entwicklung von Galaxien bestimmen.
Dunkle Materie: Das Unsichtbare, das das Universum formt
Die dunkle Materie macht etwa 85% der gesamten Materie im Universum aus, bleibt aber mit konventionellen Methoden nicht nachweisbar. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Materie, die Sterne, Planeten und alles, was wir sehen, ausmacht, emittiert oder absorbiert sie keine elektromagnetische Strahlung.
Ihre Präsenz zeigt sich ausschließlich durch ihre gravitativen Effekte auf sichtbare Objekte. Astronomen vermuteten ihre Existenz erstmals, als sie beobachteten, dass Galaxien sich zu schnell für die Menge an sichtbarer Materie drehten, die sie enthielten. Ohne die zusätzliche Schwerkraft der dunklen Materie würden diese Galaxien unter der Wirkung ihrer eigenen Rotation auseinanderbrechen.
Forscher glauben, dass dunkle Materie immense Halos um Galaxien bildet, die sich weit über ihre sichtbaren Grenzen hinaus erstrecken. Diese unsichtbaren Strukturen wirken wie kosmische Gerüste, auf denen sich Galaxien bilden. Die Detektion dieser Halos durch indirekte Methoden, wie Gravitationslinsen, stellt daher eine große Herausforderung für die Kosmologie dar.
Es existieren mehrere theoretische Kandidaten, um die Natur der dunklen Materie zu erklären, von supersymmetrischen Teilchen bis hin zu Axionen. Jedes Modell sagt unterschiedliche Eigenschaften voraus, die durch Beobachtungen wie die des fünffachen Einstein-Kreuzes getestet werden könnten.
Gravitationslinsen: Natürliche Teleskope
Das Phänomen der Gravitationslinse, das von der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins vorhergesagt wurde, tritt auf, wenn das Licht eines entfernten Objekts durch die Schwerkraft eines massereichen Objekts abgelenkt wird, das sich zwischen ihm und dem Beobachter befindet. Dieser Effekt wirkt wie eine natürliche kosmische Lupe, die das Bild ferner Galaxien verstärkt und verzerrt.
Im Fall einer perfekten Ausrichtung zwischen Quelle, Linse und Beobachter beobachtet man ein klassisches Einstein-Kreuz mit vier separaten Bildern. Die genaue Konfiguration hängt von der Massenverteilung des Linsenobjekts ab. Galaxienhaufen mit ihrer bedeutenden Konzentration an dunkler Materie erzeugen oft spektakuläre Linseneffekte.
Astronomen nutzen diese Phänomene, um Objekte zu studieren, die sonst zu schwach oder zu weit entfernt wären, um direkt beobachtet zu werden. Gravitationslinsen ermöglichen es auch, die Verteilung von Materie, einschließlich dunkler Materie, im Universum zu kartieren. Jede beobachtete Verzerrung enthüllt wertvolle Informationen über die Masse und Struktur des Linsenobjekts.
Das Auftreten eines fünften zentralen Bildes, wie im Fall von HerS-3, deutet auf eine besondere Massenverteilung hin, die einem sehr konzentrierten Halo dunkler Materie entsprechen könnte. Diese seltenen Beobachtungen bieten einzigartige Gelegenheiten, Modelle der kosmischen Strukturbildung zu testen.
Quelle: The Astrophysical Journal