Das James Webb Telescope hat die bisher detaillierteste Karte der Dunklen Materie erstellt und deckt fast 800.000 Galaxien ab.

Auf der Grundlage der neuesten Beobachtungsdaten des James-Webb-Weltraumteleskops haben Astronomen die bisher genaueste Karte der Verteilung der Dunklen Materie im Universum erstellt und erstmals das „Skelett des Universums“, das sich über Milliarden von Lichtjahren erstreckt, und ein unsichtbares Fasernetzwerk aus Dunkler Materie in großem Maßstab deutlich gezeigt.Relevante Forschungsergebnisse wurden in „Nature Astronomy“ veröffentlicht. Das Team nutzte die Infrarot-Detektionsfähigkeiten von Webb, um Langzeitbeobachtungen und statistische Analysen von fast 800.000 Galaxien im berühmten Weltraumbeobachtungsgebiet COSMOS durchzuführen und so ein detailliertes Bild davon zu rekonstruieren, wie dunkle Materie seit den Anfängen des Universums die Bildung großräumiger Strukturen dominiert hat.

Es wird angenommen, dass Dunkle Materie etwa vier Fünftel der gesamten Materie im Universum ausmacht, sie emittiert aber selbst kein Licht und absorbiert es auch nicht. Es kann vom Menschen nicht direkt beobachtet werden. Seine Existenz und Verbreitung kann nur durch seine Gravitationswirkung auf sichtbare Materie und Licht „erschlossen“ werden. Diese Studie nutzte die Methode des „schwachen Gravitationslinseneffekts“: Wenn großräumige dunkle Materie im Universum Filamente bildet, beugt ihre Schwerkraft das Licht von weiter entfernten Hintergrundgalaxien leicht, was dazu führt, dass diese Galaxien in der Teleskopabbildung leicht gestreckt und verzerrt werden, genau wie die Reflexionen, die man durch einen verschwommenen Spiegel oder welliges Wasser sieht. Das wissenschaftliche Forschungsteam starrte im ersten Jahr von Webbs Betrieb insgesamt 255 Stunden lang auf denselben Himmelsfleck. Durch genaue Zählung der Formverzerrung Hunderttausender Hintergrundgalaxien kehrten sie die Verteilung der dunklen Materie im Vordergrund um und erstellten dann eine hochauflösende Karte der dunklen Materie.

Dieses Beobachtungsgebiet war bereits in der Ära des Hubble-Teleskops für die Untersuchung der Galaxienbildung und der Clusterstruktur bekannt. Jetzt hat Webbs Infrarotinstrument das Sichtfeld weiter in die Tiefen des früheren Universums verschoben und ältere und schwächere frühe Galaxien erfasst, sodass Wissenschaftler den Prozess des „Aufbaus eines kosmischen Gerüsts“ durch Dunkle Materie in der Zeitdimension nachverfolgen können. Diana Scognamiglio vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, eine der Leiterinnen der Studie, sagte, dass die neue Karte zwar im Großen und Ganzen mit früheren Beobachtungen übereinstimme, ihre Auflösung und Details jedoch deutlich verbessert worden seien, sodass das „unsichtbare Gerüst“ der großräumigen Struktur des Universums zum ersten Mal so klar dargestellt werden könne.

Durch Überlagerung der Dichteverteilung der Dunklen Materie und der Verteilung der Galaxien beobachteten die Forscher, dass Galaxien wie „Perlen auf einer Schnur“ entlang der Fasern der Dunklen Materie angeordnet sind, und bestätigten damit das Bild der strukturellen Entwicklung von „schwerer dunkler Materie, hellem Licht“: Zuerst bildete dunkle Materie im frühen Universum ungleichmäßige Klumpen und filamentöse Strukturen, und dann sammelte ihre Schwerkraft kontinuierlich gewöhnliche Materie an, und ihre Dichte häufte sich in lokalen Bereichen ausreichend an, um Sterne zu entzünden und Galaxien und Planetensysteme zu bilden. Richard Massey, ein Physiker an der Universität Durham im Vereinigten Königreich, der an der Studie beteiligt war, wies eindringlich darauf hin, dass Dunkle Materie das „Gravitationsgerüst“ aller Strukturen im Universum darstellt. Der Grund, warum große Galaxien wie die Milchstraße über Milliarden von Jahren stabil bleiben können, liegt größtenteils darin, dass sie in diesem aus dunkler Materie gewobenen Netz „hängen“.

Die neuen Ergebnisse liefern nicht nur eine schockierende „Grundkarte“ des Universums, sondern legen auch einen wichtigen Beobachtungsmaßstab für die zukünftige Erforschung der Natur der Dunklen Materie. Rachel Mandelbaum, eine Physikerin an der Carnegie Mellon University, die nicht an der Forschung beteiligt war, wies darauf hin, dass dieser Datenstapel noch lange von Kollegen verwendet werden und dabei helfen wird, grundlegende Fragen zu beantworten, etwa wie die Materie im Universum verteilt ist und wie sich Galaxien im Rahmen der Dunklen Materie entwickeln. Als nächstes werden Projekte wie das Euclid-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation, das geplante Nancy Grace Roman Telescope in den Vereinigten Staaten und das Vera C. Rubin-Observatorium in Chile Himmelsuntersuchungen in einem größeren Himmelsbereich, verschiedenen Wellenbändern und längeren Zeitskalen durchführen und dabei die von Webb bereitgestellte hochpräzise Karte der dunklen Materie gegenseitig bestätigen und ergänzen, die Konstruktion eines vollständigeren dreidimensionalen Universumsmodells fördern und sich schrittweise der Wahrheit über wichtige physikalische Eigenschaften wie die Massen- und Bewegungseigenschaften von Teilchen der dunklen Materie nähern.