D8 Dunkle Materie

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist die Dunkle Materie, die Galaxienhaufen durchdringt: Sie emittiert kein eigenes Licht, lenkt aber das durch sie hindurchtretende Hintergrundlicht ab und zieht dabei das heiße Gas des Haufens selbst mit sich.

Der erste direkte Beweis für diese Dunkle Materie ist die schwache Gravitationslinsenwirkung. Sie misst die statistische Verzerrung der Formen von Hintergrundgalaxien, die durch die Dunkle Materie eines Haufens verursacht wird. Aus dieser Verzerrung wird eine Karte der Verteilung dieser unsichtbaren Masse rekonstruiert. Das bekannteste Beispiel ist die Kollision zweier Haufen, bei der das im Röntgenbereich sichtbare heiße Gas zurückblieb, während die Halos derselben Dunklen Materie, die nur durch die Linse sichtbar sind, die Kollision ungebremst durchquerten: ein direkter Beweis dafür, dass Dunkle Materie außer der Gravitation nicht mit sich selbst wechselwirkt.

Der zweite Test nutzt die ebenfalls im Röntgenbereich gemessene Temperatur des heißen Gases im Haufen, um über das hydrostatische Gleichgewicht auf die Gesamtmasse des Haufens zu schließen und so den Anteil dieser Gesamtmasse aufzudecken, der unsichtbar bleibt.

Das bemerkenswerteste Merkmal des Röntgeninstruments, das diesen zweiten Test ermöglicht, ist seine streifende Optik, die bis in den Nanometerbereich poliert ist. Röntgenphotonen werden nämlich nur unter Winkeln nahezu parallel zur Spiegeloberfläche reflektiert und nicht frontal wie sichtbares Licht. Diese Konstruktion erzielt eine höhere Winkelauflösung im Röntgenbereich als viele optische Teleskope. So bewirkt die Dunkle Materie, mit der diese Arbeit beginnt, und die Winkelauflösung im Röntgenbereich, mit der sie endet, unter Berücksichtigung schwacher Gravitationslinsen und des hydrostatischen Gleichgewichts des heißen Gases, dass sich dieselbe unsichtbare Masse auf zwei unabhängige Arten offenbart: durch die Art und Weise, wie sie das umgebende Licht ablenkt, und dadurch, wie präzise sie die Abbremsung des durchströmenden Gases verhindert.

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