Dunkle Materie: Unsichtbares Gerüst des Universums enthüllt

• Gravitation als Messinstrument
• 800.000 Galaxien als Ankerpunkte
• Auflösung im Bogenminutenbereich
• Architektur des Universums
• Kosmische Tiefen bis in die Frühzeit
• Rätsel bleibt ungelöst
• Nächster Schritt: Größere Karten

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die bisher genaueste Karte der Dunklen Materie erstellt, jenes unsichtbaren Stoffes, der laut aktuellem Stand rund 85 Prozent der gesamten Materie im Universum ausmacht. Mit seiner Nahinfrarotkamera NIRCam hat das Teleskop 255 Stunden lang das sogenannte COSMOS-Feld beobachtet, ein Himmelsareal von der Größe von zweieinhalb Vollmonden. Die jetzt veröffentlichte Karte zeigt das kosmische Gerüst aus Dunkler Materie in bislang unerreichter Detailtiefe.

​​Gravitation als Messinstrument

Da Dunkle Materie kein Licht aussendet, reflektiert oder absorbiert, bleibt sie für klassische Beobachtungsmethoden unsichtbar. Ihre Existenz verrät sich nur durch ihre Gravitation. Das Forscherteam rund um Diana Scognamiglio vom Jet Propulsion Laboratory (NASA) hat für die Messung deshalb den schwachen Gravitationslinseneffekt genutzt. Dabei handelt es sich um winzige Verzerrungen im Licht ferner Galaxien, die durch die Anziehungskraft der Dunklen Materie entstehen. Aus diesen Daten lässt sich rekonstruieren, wie sich Masse im Raum verteilt.

​800.000 Galaxien als Ankerpunkte

Mit 800.000 Galaxien hat das Team doppelt so viele Formen vermessen wie frühere Beobachtungen mit dem Hubble-Teleskop. Im Schnitt wurde der Rekordwert von 129 Galaxien pro Quadratbogenminute erfasst. Durch die große Zahl dieser „Ankerpunkte“ konnten die Forschenden das unsichtbare Schwerkraftfeld der Dunklen Materie hochpräzise kartieren.

​Auflösung im Bogenminutenbereich

Die resultierende Karte erreicht eine Winkelauflösung von etwa einer Bogenminute. Damit ist sie doppelt so scharf wie alle bisherigen Kartierungen, inklusive jener, die 2007 mit dem Hubble-Teleskop erstellt wurden. Zum ersten Mal werden feine Filamente, Brücken und Halos sichtbar – Strukturen, die die Galaxienhaufen wie ein Netz miteinander verbinden. „Zuvor sahen wir ein verschwommenes Bild von Dunkler Materie. Jetzt sehen wir das unsichtbare Gerüst des Universums in atemberaubender Detailgenauigkeit“, so Diana Scognamiglio.

​Architektur des Universums

Die Karte zeigt deutlich, dass sichtbare und Dunkle Materie eng miteinander gekoppelt sind. Galaxien, Sterne und Nebel folgen den Pfaden, die die Dunkle Materie vorgibt. Damit bestätigt die Kartierung die Rolle der Dunklen Materie als „architektonisches Gerüst des Kosmos“. „Unsere Karte zeigt, wie diese unsichtbare Komponente die sichtbare Materie strukturiert hat – und so die Entstehung von Galaxien, Sternen und letztlich auch des Lebens ermöglicht hat“, erklärt Gavin Leroy von der Durham University.

​Kosmische Tiefen bis in die Frühzeit

Die Daten reichen bis zu einer Rotverschiebung von z ≈ 2 – das entspricht einem Blick in eine Epoche, als das Universum nur etwa drei Milliarden Jahre alt war. Selbst Strukturen bei z ≈ 1,1, also in einer Entfernung von über acht Milliarden Lichtjahren, sind klar erkennbar. Damit ermöglicht die Karte, das Wachstum von Materiestrukturen über kosmische Zeiträume hinweg zu verfolgen.

​Rätsel bleibt ungelöst

Die Studie liefert allerdings keine Antwort auf die Frage, woraus Dunkle Materie tatsächlich besteht. Physikerinnen und Physiker vermuten hinter der unsichtbaren Masse bislang unbekannte Teilchen wie Axionen oder WIMPs. Die neue Karte ist jedoch ein wichtiger Schritt, um Theorien über deren Eigenschaften zu überprüfen und die Entwicklung des Universums präziser zu modellieren.

​Nächster Schritt: Größere Karten

Das JWST deckt nur einen kleinen Himmelsausschnitt ab. Weitreichendere Kartierungen sollen durch die Missionen Euclid (ESA) und das geplante Nancy-Grace-Roman-Teleskop (NASA) folgen. Sie sollen das gesamte kosmische Netz kartieren und zeigen, ob sich die heute beobachteten Strukturen auf den gesamten Himmel übertragen lassen.