Was ist die Natur der Dunklen Materie und der kosmischen Beschleunigung?

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Balkenspiralgalaxie NGC 1365 im Fornax-Galaxienhaufen, aufgenommen von der "Dark Energy Camera". Der Galaxienhaufen ist 60 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. (© Dark Energy Survey Collaboration)

Wissenschaftler der Research Area E erforschen die Zusammensetzung der Dunklen Materie und der Dunklen Energie. Zu diesem Zweck untersuchen sie die Verteilung von Galaxien und Galaxiehaufen im Weltraum. Wenn man aus weiter Entfernung eine bestimmte Region im Weltall betrachtet, sieht man eine netzartige Struktur, in der sich Regionen mit hoher Galaxiendichte und leer erscheinende Bereiche abwechseln.

Faszinierenderweise war die großräumige Materieverteilung von Anfang an festgelegt. Denn unmittelbar nach dem Urknall gab es winzig kleine Unterschiede in der Energiedichte, in der Fachsprache Quantenfluktuationen genannt. Als sich das Universum während der Inflation sehr schnell ausdehnte, bildeten diese Fluktuationen die „Schablone“ für die ungleiche Verteilung von Materie im nun sehr viel größeren Weltraum.

Allerdings gibt das genauere Studium der Größe dieser Strukturunterschiede den Wissenschaftlern einige Rätsel auf: Denn nur etwa 4,9% der Bestandteile im Weltall bestehen aus uns vertrauter Materie, aus der alle Sterne, Planeten und auch wir Menschen gemacht sind. Den großen Rest bilden die Dunkle Materie mit 26,8% und die Dunkle Energie mit 68,3% (gemäß den Ergebnissen der Planck-Mission). Diese dunklen Bestandteile haben große Auswirkungen auf das Universum: erstens auf die Geschwindigkeit, mit der sich der Weltraum ausdehnt, und zweitens darauf, wie stark Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen anwachsen. 

Bei der Suche nach Dunkler Materie nutzen sie darüber hinaus einen besonderen Effekt: Im Weltraum lenkt Materie Lichtstrahlen in einer bestimmten Weise ab, man nennt dieses Phänomen eine Gravitationslinse. Auf diese Weise können die Wissenschaftler die ungleichmäßig verteilte Dunkle Materie im Weltraum orten. Außerdem studieren die Forscher kosmologische Testobjekte wie z.B. entfernte Supernovae und versuchen, Zerfallsprodukten der Dunklen Materie auf die Spur zu kommen. 

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