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Riesige neue Durchmusterung wirft Licht auf Dunkle Materie

10.07.2015

Erste Ergebnisse der KiDS-Durchmusterung des VST

Die ersten Ergebnisse einer großen neuen Durchmusterung nach Dunkler Materie am Südhimmel mit dem VLT Survey Telescope (VST) am Paranal-Observatorium der ESO in Chile wurden veröffentlicht.


The first results have been released from a major new dark matter survey of the southern skies using ESO’s VLT Survey Telescope (VST) at the Paranal Observatory in Chile.

The project, known as the Kilo-Degree Survey (KiDS), uses imaging from the VST and its huge camera, OmegaCAM to analyse images of over two million galaxies. The KiDS team studied the distortion of light emitted from these galaxies, which bends as it passes massive clumps of dark matter during its journey to Earth. From the gravitational lensing effect, these groups turn out to contain around 30 times more dark than visible matter.

Here the invisible dark matter is seen rendered in pink on top of the visible-light image.

Credit: Kilo-Degree Survey Collaboration/A. Tudorica & C. Heymans/ESO

Die KiDS-Durchmusterung des VST wird es Astronomen erlauben, präzise Messungen von Dunkler Materie, Dunkler Energie, der Struktur des Halos von Galaxien und der Evolution von Galaxien und Galaxienhaufen zu machen. Die ersten KiDS-Resultate zeigen, wie die Charakteristiken der beobachteten Galaxien durch die unsichtbaren, riesengroßen Klumpen Dunkler Materie bestimmt werden, die sie umgeben.

Rund 85% der  Materie des Universums ist dunkel [1] und von einem Typ, der von Teilchenphysikern nicht verstanden wird. Obwohl sie weder Licht ausstrahlt noch absorbiert, können Astronomen diese sogenannte Dunkle Materie durch ihre Wirkung auf Sterne und Galaxien aufspüren, und zwar über ihre gravitative Anziehung. Ein großes neues Projekt, das die leistungsstarken Durchmusterungsteleskope der ESO nutzt, zeigt nun deutlicher als je zuvor die Beziehung zwischen der mysteriösen Dunklen Materie und den hell leuchtenden Galaxien, die wir direkt beobachten können [2].

Das Projekt mit dem Namen Kilo-Degree Survey (kurz KiDS, Englisch für „Tausend-Grad-Vermessung“) verwendet Bilder des VLT Survey Telescopes und dessen riesiger Kamera OmegaCAM. Das Teleskop befindet sich am Paranal-Observatorium der ESO und ist der Durchmusterung des Nachthimmels im sichtbaren Licht gewidmet – ergänzt durch das Infrarot-Teleskop VISTA. Eines der Hauptziele des VST ist es, Dunkle Materie zu kartieren und die entstandenen Karten zu verwenden, um die mysteriöse Dunkle Energie zu verstehen, die die Expansion unseres Universums beschleunigt.

Der beste Weg herauszufinden, wo sich die Dunkle Materie befindet, ist durch Gravitationslinsen, also die Ablenkung des Lichts durch die Schwerkraft. Durch das Studium dieses Effektes ist es möglich, diejenigen Orte zu identifizieren, an denen die Gravitation am stärksten wirkt und damit, wo Materie liegt, die Dunkle Materie eingeschlossen.

Als einer der ersten wissenschaftlichen Fachartikel hat das internationale KiDS-Team, angeführt von Koenraad Kuijken von der Sterrewacht Leiden in den Niederlanden, diese Vorgehensweise eingesetzt und Aufnahmen von über zwei Millionen Galaxien analysiert, die typischerweise 5,5 Milliarden Lichtjahre entfernt liegen [3]. Sie untersuchten die Verzerrung des Lichtes, das von diesen Galaxien emittiert wird, und dessen Weg gekrümmt wird, während es auf seinem Weg zur Erde massive Klumpen von Dunkler Materie passiert.

Erste Resultate kommen aus nur 7% des endgültigen  Durchmusterungs-Gebietes und konzentrieren sich auf das Kartieren der Verteilung von Dunkler Materie in Gruppen von Galaxien. Die meisten Galaxien befinden in Gruppen – unsere eigene Milchstraße eingeschlossen, die ein Teil der sogenannten Lokalen Gruppe ist – und das Verständnis, wie viel Dunkle Materie sie enthalten, ist ein entscheidender Test der ganzen Theorie, wie Galaxien sich im Kosmischen Netz bilden. Durch den Gravitationslinsen-Effekt stellt sich heraus, dass diese Gruppen etwa 30 Mal mehr Dunkle als sichtbare Materie enthalten.

"Interessanterweise sitzt die  hellste Galaxie nahezu immer in der Mitte des Klumpens Dunkler Materie", erläutert  Massimo Viola von der Sterrewacht Leiden, der Erstautor einer der ersten KiDS-Artikel.

"Die Vorhersage der Theorie der Galaxienentstehung, nach der Galaxien fortwährend in Gruppen eingesaugt werden und sich im Zentrum häufen, ist damit so klar noch nie zuvor durch Beobachtungen demonstriert worden“, fügt Koenraad Kuijken hinzu.

Die Erkenntnisse sind nur die Spitze des Eisbergs eines größeren Programmes, die immensen Datensätze zu nutzen, die von den Durchmusterungs-Teleskopen kommen. Deren Daten werden nun den Wissenschaftlern weltweit durch das ESO-Archiv zugänglich gemacht.

Die KiDS-Durchmusterung wird helfen, unser Verständnis von Dunkler Materie zu erweitern. Die Möglichkeit, Dunkle Materie und ihre Auswirkungen zu erklären, würde einen großen Durchbruch in der Physik darstellen.

Endnoten

[1] Astronomen haben herausgefunden, dass der gesamte Massen- und Energiegehalt des Universum sich wie folgt aufteilt: 68 % Dunkle Energie, 27 % Dunkle Materie und 5 % „normale Materie.“ So steht die Zahl 85% in Zusammenhang mit dem Bruchteil von „Materie“, die dunkel ist.

[2] Supercomputer- Berechnungen zeigen, wie ein mit Dunkler Materie gefülltes Universum sich entwickeln wird: Mit der Zeit wird sich Dunkle Materie in eine riesige kosmische Netz-Struktur zusammenklumpen und Galaxien und Sterne bilden sich dort, wo Gas in die dichtesten Konzentrationen von Dunkler Materie eingesaugt wird.

[3] Diese Arbeit machte von der 3D-Karte von Galaxien-Gruppen Gebrauch, die im Rahmen des Galaxien- und Massen-Ansammlungs Projekts „ Galaxy And Mass Assembly Project“ (GAMA), erstellt wurde und dafür umfangreiche Beobachtungen mit dem Anglo-Australian Telescope anstellte.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse werden in einer Serie von Fachartikeln dargestellt, die bei verschiedenen führenden Fachzeitschriften eingereicht wurden. Eine Liste finden Sie hier.

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Kontaktinformationen

Markus Pössel
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 261
E-Mail: eson-germany@eso.org

Koen Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 5848
Mobil: +31 628 956 539
E-Mail: kuijken@strw.leidenuniv.nl

Massimo Viola
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 527 8442
E-Mail: viola@strw.leidenuniv.nl

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1528.

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