Die Milchstraße führt uns in die Irre – vermeintliche Spuren Dunkler Materie stammen von normaler Schwerkraft

Bislang galten lange Sternenbänder am Rand unserer Galaxie als vielversprechende Orte, um Dunkle Materie aufzuspüren. Eine aktuelle Studie, die im Fachmagazin The Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, zieht diese langjährige Annahme jetzt in Zweifel.

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Ein Forschungsteam der US-amerikanischen University of Washington konnte nachweisen, dass die Schwerkraft der Milchstraße selbst für Lücken und Knicke in diesen Strömen verantwortlich sein kann. Bisher wurden genau diese Verformungen oft als Beweis für durchziehende Klumpen aus Dunkler Materie interpretiert, da sie sich in herkömmlichen Modellen nicht anders erklären ließen.

Simulationen ohne Dunkle Materie zeigen bekannte Muster

Sternströme entstehen, wenn kleinere Zwerggalaxien oder Kugelsternhaufen von der Gravitation einer größeren Galaxie eingefangen und zu langen Fäden auseinandergezogen werden. In der wissenschaftlichen Beobachtung der Milchstraße fallen viele dieser Ströme durch Lücken, Verzweigungen oder sogenannte Kokons auf, die scheinbar von unsichtbaren Massen verursacht werden.

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Um den Ursprung dieser komplexen Muster zu ergründen, erschufen die Astronom:innen um den Forscher Arpit Arora am Computer Modelle von vier milchstraßenähnlichen Galaxien mit unterschiedlichen Entstehungsgeschichten. Wie das Wissenschaftsportal Knowridge berichtet, setzten die Forscher:innen in diese digitalen Modelle rund 15.000 simulierte Sternströme ein und ließen das System über einen simulierten Zeitraum von fünf Milliarden Jahren rotieren.

Komplexe Umgebungen statt Dunkler Materie

Dabei ließen sie einen entscheidenden Faktor absichtlich weg und schlossen kleine Ansammlungen Dunkler Materie komplett aus den Berechnungen aus. Die Ergebnisse der astrophysikalischen Simulation überraschten, da rund 75 Prozent der untersuchten Ströme im Laufe der Zeit ganz ohne dieses Zutun unregelmäßige Formen entwickelten.

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Galaxien sind keine strukturell glatten Objekte, sondern weisen durch massereiche Scheiben, Spiralarme und riesige Molekülwolken eine sehr ungleiche Masseverteilung auf. Wenn Sternströme im Laufe der Jahrtausende diese Zonen durchqueren, werden sie von der wechselnden Schwerkraft gebogen, gestreckt oder in Einzelfällen komplett aus der Bahn geworfen.

Reale Vorbilder in der Milchstraße finden Entsprechungen

Ein bekanntes Beispiel aus der bisherigen Forschung ist der Sternstrom GD-1, der wegen seiner auffälligen Sporne und Lücken oft als Beleg für den Einschlag eines Subhalos aus Dunkler Materie angeführt wird. Die aktuellen Berechnungen brachten in ihren Modellen jedoch Strukturen hervor, die diesem Strom in Ausdehnung und Form nahezu exakt gleichen.

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Auch der sogenannte ATLAS-Aliqa-Uma-Strom, der in bisherigen Beobachtungen einen deutlichen Knick in seiner Flugbahn aufweist, fand in den simulierten Sternströmen ein passendes Gegenstück. Diese Ergebnisse zeigen, dass viele der real beobachtbaren Anomalien allein durch die normale dynamische Entwicklung einer Galaxie entstehen können, ohne dass zusätzliche unsichtbare Massen einwirken müssen.

Abstandsregeln in der Astrophysik

Besonders deutlich messbar ist dieser verformende Effekt bei Sternströmen, die sich dem galaktischen Zentrum auf weniger als 15 Kiloparsec, was knapp 49.000 Lichtjahren entspricht, annähern. Auf exzentrischen Umlaufbahnen akkumulieren diese Himmelskörper bei jeder weiteren Annäherung neue Störungen, die jenen eines Einschlags von Dunkler Materie zum Verwechseln ähnlich sehen.

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Am Ende der simulierten fünf Milliarden Jahre wiesen von den ursprünglich 15.000 untersuchten Sternströmen lediglich 70 eine vollkommen glatte Struktur ohne messbare Abweichungen auf. Diese Erkenntnis bedeutet nicht, dass Dunkle Materie in unserem Universum fehlt oder Sternströme für die künftige Erforschung nutzlos geworden sind.

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Neue Teleskope erfordern schärfere Analysemethoden

Wissenschaftler:innen müssen künftig lediglich detaillierter trennen, welche sichtbaren Effekte durch die gewöhnliche galaktische Schwerkraft und welche tatsächlich durch Dunkle Materie verursacht werden. Das etablierte Verständnis der Himmelsmechanik wird durch die Erkenntnisse somit nicht widerlegt, sondern um einen wesentlichen Störfaktor erweitert.

Neue optische Daten für diese Unterscheidung wird das Vera C. Rubin Observatory im südamerikanischen Chile in den kommenden Jahren liefern, dessen Kameratechnik hunderte neue Sternströme erfassen soll. Die Herausforderung für die Astronomie besteht nun darin, rechtzeitig neue Algorithmen zu entwickeln, um diese massiven Datenmengen korrekt zu interpretieren.

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