Etwa achtzig Prozent der Materie besteht aus bislang unbekannten Elementarteilchen. Diese Dunkle Materie hält mit ihrer Schwerkraft Galaxien und Galaxienhaufen zusammen. So das Standardmodell der heutigen Kosmologie. Doch es gibt einen Gegenentwurf: Die Modifizierte Newtonsche Dynamik – kurz MOND – versucht mit einer kleinen Korrektur des Schwerkraftgesetzes die Beobachtungen zu erklären. Diese alternative Theorie hat jetzt erheblichen Aufwind bekommen. Mordehai Milgrom vom Weizmann-Institut für Wissenschaften in Rechovot, Israel, zeigt im Fachblatt „Physical Review Letters“ exemplarisch bei zwei besonders gut untersuchten elliptischen Galaxien, dass die von ihm entwickelte Theorie die Bewegung von Gas und Sternen ohne Zuhilfenahme mysteriöser dunkler Elementarteilchen erklären kann.

Bereits in den 1930er Jahren fiel den Astronomen auf, dass sich Sterne in Galaxien sowie Galaxien in Galaxienhaufen viel zu schnell bewegen. Die Schwerkraft der sichtbaren Materie würde nicht ausreichen, um der Fliehkraft entgegenzuwirken und Galaxien und Galaxienhaufen zusammenzuhalten. Deshalb postulierte man die Existenz einer unsichtbaren Materiekomponente, der Dunklen Materie. Als Alternative entwickelte Milgrom 1983 seine modifizierte Gravitationstheorie. Bei sehr geringen Beschleunigungen, so sein Ansatz, ist die Schwerkraft stärker als es die klassische Theorie vorhersagt.

Sowohl für Spiralgalaxien als auch für Galaxienhaufen liefert MOND gute Ergebnisse. Nun konnte Milgrom zeigen, dass sich auch die Bewegung in elliptischen Galaxien mit seiner Theorie erklären lässt. Dazu nutzte er die Sternsysteme NGC 720 und NGC 1521, deren Bewegungen – und damit deren Gravitationsfeld – extrem genau bekannt ist. Ohne Dunkle Materie gelang es Milgrom, die Bewegungen mit seiner modifizierten Newtonschen Dynamik zu rekonstruieren.

Milgrom betont, dass Spiralgalaxien und elliptische Galaxien auf unterschiedliche Weise entstanden sind. „Es beginnt mit kleinen Galaxien, die zusammenstossen und verschmelzen“, erläutert der Forscher. „Im Verlauf dieser stürmischen Entwicklung sind Dunkle Materie und normale Materie diesen Prozessen unterschiedlich unterworfen.“ Die Dunkle Materie sollte also in Spiralgalaxien und in elliptischen Galaxien verschieden verteilt sein. Ist sie aber nicht, „und das ist ein schwacher Punkt im Bild der Dunklen Materie.“ Milgroms MOND-Theorie dagegen erklärt diese Übereinstimmung ganz zwanglos.

„Ein überzeugendes Argument für die neue nicht-newtonsche Dynamik“ sieht auch Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie an der Universität Bonn in der neuen Studie. „Bisher wurde an MOND bemängelt, die Theorie sei aufgesetzt, um die Dynamik in Scheibengalaxien zu erklären – es sei also nichts Besonderes, dass MOND Scheibengalaxien korrekt beschreibt. Nun hat Milgrom aber zeigen können, dass MOND auch die Dynamik in elliptischen Galaxien bestens erklärt, und zwar in einem sehr grossen Abstandsbereich von zentralen bis zu weit aussen liegenden Regionen.“

Bild: Die elliptische Galaxie NGC 720 – hier konnte Milgrom exemplarisch zeigen, dass seine modifizierte Gravitationstheorie die Bewegung von Gas und Sternen ebenso gut erklären kann wie die Annahme zusätzlicher Dunkler Materie. Bildquelle: D. Buote/UC Irvine/Chandra X-ray Observatory/NASA

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