Simulationen des Galaxienhaufens El Gordo zeigen laut Scinexx-Berichten vom Oktober 2026, dass Teilchen der Dunklen Materie bei Kollisionen Bewegungsenergie verlieren könnten. Ein von Riccardo Valdarnini modelliertes Zwei-Zustands-Modell erklärt beobachtete Besonderheiten wie die Massenverteilung und Röntgenmaxima besser als klassische Kollisionsszenarien.
Klassische physikalische Modelle gehen davon aus, dass Teilchen der Dunklen Materie bei Zusammenstößen praktisch ungehindert aneinander vorbeifahren. Eine alternative Erklärung erlaubt jedoch elastische Kollisionen, bei denen sich die Bewegungen der Teilchen verändern, ohne dass Energie in deren innere Anregung übergeht. Bei dem massiven Galaxienhaufen El Gordo reichen derartige einfache Modelle jedoch nicht aus, um alle beobachteten Details gleichzeitig zu erklären, wie Scinexx berichtet.
Das Zwei-Zustands-Modell für El Gordo
Um diese Unstimmigkeiten zu klären, modellierte Riccardo Valdarnini eine zweite Möglichkeit: Dunkle Materie könnte demnach zwei unterschiedliche innere Zustände besitzen. Bei bestimmten Zusammenstößen geht ein Teil der Bewegungsenergie in eine Anregung der Teilchen über. Solche unelastischen, energieaufnehmenden Stöße verändern sowohl die Massenverteilung als auch das zu erwartende Gravitationslinsensignal.
Die Simulationen zeigen, dass sich die beobachteten Eigenschaften von El Gordo durch die Einführung eines Dunkle-Materie-Modells mit zwei Zuständen besonders gut reproduzieren lassen. In diesem Szenario können Teilchen sowohl elastisch als auch unelastisch miteinander zusammenstoßen, wobei ein Teil ihrer Energie übertragen wird und das Teilchen dadurch seinen Zustand verändert.
Riccardo Valdarnini, Scinexx-Berichterstattung
Durch den Gravitationslinseneffekt verzerrt die Schwerkraft des Haufens das Licht weiter entfernter Galaxien. Diese Verzerrungen ermöglichen es Forschern abzuschätzen, wo sich Masse befindet, selbst wenn diese kein Licht aussendet.
Abweichungen bei Röntgenstrahlung und Geschwindigkeit
Valdarninis Berechnungen bilden unter passenden Annahmen mehrere Auffälligkeiten des Galaxienhaufens ab. Dazu zählt die ungewöhnliche Lage des hellsten Röntgenmaximums gegenüber dem eigentlichen Schwerpunkt der Dunklen Materie. Auch der geringe Geschwindigkeitsunterschied entlang der Sichtlinie sowie die aus dem Linseneffekt abgeleitete Massenverteilung passen laut Scinexx besser zu diesem Ansatz als zu einfacheren Modellen.
Insbesondere liegt das hellste Maximum der Röntgenstrahlung eines der Teilhaufen vor dem zugehörigen Schwerpunkt der Dunklen Materie. Die relative Geschwindigkeit der beiden Teilhaufen entlang unserer Sichtlinie ist außerdem deutlich geringer, als dynamische Abschätzungen erwarten lassen.
Riccardo Valdarnini, Scinexx-Berichterstattung
In den vom Modell bevorzugten Varianten setzen die unelastischen Teilchenstöße erst bei Relativgeschwindigkeiten von ungefähr 1.200 bis 1.600 Kilometern pro Sekunde ein. Die Forscher betonen jedoch, dass es sich hierbei um eine Aussage über die verwendeten Modellparameter handelt und nicht um eine direkte Messung einzelner Teilchen.
Offene Fragen und verbleibende Zweifel
Trotz der verbesserten Übereinstimmung ist das Ergebnis nicht fehlerfrei. In den Simulationen fällt die berechnete Röntgenleuchtkraft etwa doppelt so hoch aus wie in den tatsächlichen Beobachtungen. Zudem reagiert das Modell empfindlich auf die tatsächliche Masse der beiden Teilhaufen und den Abstand ihrer Zentren.
Sollten künftige, präzisere Gravitationslinsenmessungen eine geringe Masse des größeren Teilhaufens bei gleichzeitigem Großabstand der Zentren bestätigen, würde das Modell in Schwierigkeiten geraten. Auch künftige Daten zu Massenverteilungen im Inneren der Teilhaufen könnten der Erklärung widersprechen.
Das Ergebnis liefert noch keinen endgültigen Beweis dafür, dass Dunkle Materie mit sich selbst wechselwirkt. Das Modell muss anhand weiterer miteinander verschmelzender Galaxienhaufen überprüft werden.
Riccardo Valdarnini, Scinexx-Berichterstattung
Nur so lässt sich feststellen, ob die beobachteten Effekte tatsächlich auf Wechselwirkungen der Dunklen Materie zurückzuführen sind oder durch andere physikalische Mechanismen erklärt werden können.
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