Citizen Scientists erforschen dunkle Materie mit Gravitationslinsen

Was ist Dunkle Materie? Wir nehmen an, dass es im Universum mehr gibt als die uns bekannte sichtbare Materie (Sterne, Gas und Staub). Es gibt verschiedene Indizien für die Existenz unsichtbarer, also Dunkler Materie in verschiedenen Grössenordnungen. Eines stammt vom Schweizer Physiker Fritz Zwicky aus dem Jahre 1933: Er stellte fest, dass sich die einzelnen Komponenten des Coma-Haufens, einer Ansammlung von Galaxien, nach seinen Berechnungen viel zu schnell bewegen. Wenn man die gesamte sichtbare Materie im Coma-Haufen zusammenzählt, wäre die dadurch resultierende Gravitationskraft 400 Mal zu schwach, um die einzelnen Galaxien auf ihrer Bahn zu halten – genau wie der Mond durch die riesige Masse der Erde auf seiner Bahn gehalten wird. Dafür gibt es zwei mögliche Erklärungen: entweder stimmt das Gravitationsgesetz nicht, oder es ist mehr Masse dort, als wir sehen können: Dunkle Materie.

Wenn wir annehmen, dass unsere Gravitationsgesetze stimmen (die Allgemeine Relativitätstheorie von A. Einstein) und es eine spezielle Art von Masse gibt, die wir nicht sehen können, weil sie weder Licht ausstrahlt noch abblockt; wie können wir sie dann beobachten, um zu versuchen, sie zu erklären? Wir bleiben dazu auf der selben Spur, auf der Zwicky schon war: wir beobachten die Wirkung der Gravitation dieser unsichtbaren Materie. Einstein erklärte die Wirkung einer Masse nicht mittels einer Gravitationskraft, sondern mit einem geometrischen Argument: Stellen wir uns vor, der Raum selber würde sich durch die Präsenz einer Masse verformen, wie sich ein Trampolin verformt, wenn eine Person in der Mitte steht. Was wir bisher als die Wirkung einer Gravitationskraft interpretiert haben – der Mond kreist um die Erde, weil er von ihr angezogen wird – können wir mit der Relativitätstheorie dadurch erklären, dass sich der Mond zwar geradeaus bewegt, aber der Raum, in dem er sich bewegt, gekrümmt ist.

Wenn dem so ist, dann müsste eine Masse auch einen Einfluss auf etwas Masseloses haben, dass sich nahe genug an ihr vorbei bewegt: wie zum Beispiel ein Lichtstrahl. Er müsste seine Richtung ändern, wenn er durch den Rand eines solchen „Trichters“ fliegt. Diesen Effekt nennen wir eine Gravitationslinse, weil eine Masse Licht ablenken kann fast wie eine optische Lins. Er wurde das erste Mal 1919 beobachtet.

Wir versuchen nun mit der Hilfe von Freiwilligen diesen Effekt für unsre Forschung zu nutzen – allerdings einige Grössenordnungen grösser: Wir schauen uns den Effekt des „Trichters“ einer Galaxie auf einer dahinterliegenden Lichtquelle an. Dieser Effekt ist so gross, dass er spektakuläre Fotos liefert. Leider sind diese Konstellationen so selten, dass wir sehr viele Aufnahmen durchforsten müssen, bis wir etwas Spannendes finden (SpaceWarps). Dabei haben wir glücklicherweise Hilfe von vielen Freiwilligen, die uns bei der Suche, aber auch bei der Weiterverarbeitung der gefundenen Linsen helfen (SpaghettiLens). Uns alle verbindet das gemeinsame Ziel, mehr über die Natur der Dunklen Materie zu erfahren. Die beteiligten Citizen Scientists liefern nicht nur grundlegende Daten für die Erforschung der dunklen Materie, sondern sind durch ihre Mitarbeit selbst zu Experten geworden, so dass wir schon gemeinsam mit ihnen publizieren konnten.  

www.spacewarps.org

Graphiker:

Lazar Jeremic