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Präzisions-Astronomie : Das Universum auf der Waage

  • -Aktualisiert am

Das leuchtende Materie bildet nur einen Bruchteil der Materie des gesamten Universums. Abgebildet hier ist hier ein Ausschnitt der großen Magellanschen Wolke. Bild: Hubble, Nasa

Wie groß ist die Masse des unendlichen Weltalls? Die Antwort liefert ein unerwarteter Radioblitz in einer fernen Galaxie.

          Ein Glücksfall hat einer internationalen Astronomengruppe jetzt zum ersten Mal die Gelegenheit gegeben, einen Teil des Universums gleichsam auf die Waage, zu legen und die dort vorhandene Masse unabhängig von himmelsmechanischen Überlegungen, zu bestimmen. Das Ergebnis stimmt nach Aussagen von Michael Kramer vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und seinen Kollegen mit dem derzeitigen Modell zum Aufbau des Universums recht gut überein. Zur Massebestimmung haben die Forscher das Nachglimmen eines extrem hellen Radioblitzes aus dem vergangenen Jahr analysiert.

          Astronomen nutzen normalerweise das Gravitationsgesetz, um die Masse von Himmelskörpern zu bestimmen. So lässt sich die Masse der Erde aus der Umlaufzeit des Mondes und seiner Entfernung zur Erde berechnen. Auf die Masse der Sonne kann man aus der Umlaufzeit der Erde und der Entfernung zwischen unserem Heimatplanet und der Sonne schließen. Die Masse einer ganzen Galaxie lässt sich aus der Umlaufzeit (beziehungsweise der messbaren Umlaufgeschwindigkeit) von Sternen und ihrem Abstand zum Zentrum der Galaxie ermitteln.

          Die rätselhafte unsichtbare Materie

          Auf der Ebene der Galaxien stießen die Astronomen allerdings seit etlichen Jahrzehnten auf eine auffällige Diskrepanz: Die aus dem Gravitationsgesetz berechneten Galaxienmassen waren stets deutlich größer als jene Werte, die man erhielt, wenn man die Massen der vorhandenen Sterne addiert. Wie viel Sterne eine Galaxie aufweist, leitet man üblicherweise aus ihrer Helligkeit ab.

          Als Folge dieser Abweichung ist im Laufe der Zeit die Vorstellung entstanden, dass das Universum neben der sichtbaren, „normalen“ - auch baryonisch genannten - Materie zusätzlich noch größere Mengen an unsichtbarer Materie enthalten müsse. Diese „dunkle Materie“ würde sich nur durch ihre Schwerkraftwirkung bemerkbar machen, ansonsten aber mit normaler Materie kaum oder gar nicht reagieren, wodurch sie für normale Teleskope unsichtbar ist.

          Das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg
          Das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg : Bild: MPI für Radioastronomie, Bonn

          Kosmologische Modelle, die sich auf jüngste Beobachtungen stützen, liefern einen Hinweis auf das Verhältnis zwischen normaler und dunkler Materie. Danach sollte der Anteil der dunklen Materie im Universum etwa fünfmal so groß sein wie jener der „sichtbaren“ Materie.

          An diesem Verhältnis hat sich auch durch die Entdeckung der beschleunigten Expansion des Kosmos vor rund zwanzig Jahren nichts verändert. Die Einsicht, dass sich das Universum nach einer Phase der Abbremsung seit mehreren Milliarden Jahren immer schneller ausdehnt, führte allerdings zur Einbeziehung einer weiteren Komponente in der Zusammensetzung des Universums: der sogenannten dunklen Energie. Sie stellt nach der Auswertung von Messungen des europäischen Forschungssatelliten „Planck“ rund 70 Prozent der Gesamtenergie des Kosmos. 25 Prozent entfallen auf die dunkle Materie und lediglich fünf Prozent auf die uns vertraute Welt der baryonischen Materie.

          Ein Radioblitz liefert den entscheidenden Hinweis

          Die Astronomen konnten aber selbst von diesem geringen Anteil an „sichtbarer“ Materie bislang nur rund die Hälfte wirklich beobachten. Den Rest haben sie in ihren Bilanzen als „fehlende Materie“ (missing mass) verbucht - bis ihnen am 18. April 2015 ein glücklicher Zufall in die Hände spielte. An diesem Tag registrierte die 64-Meter-Antenne des Parkes-Radioteleskops in Australien einen der äußerst seltenen, sogenannten schnellen Radiostrahlungsausbrüche. Dabei handelt es sich um extrem helle Radioblitze unbekannter Herkunft, die zumeist nur einige Millisekunden andauern. Da diese kurze Zeitspanne die Entdeckungswahrscheinlichkeit verringert - man muss nämlich zum richtigen Moment in die richtige Richtung blicken -, konnte man bisher nur insgesamt 17 solcher Ereignisse registrieren.

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