Neues Licht auf dunkle Materie

Wieso sind die Resultate dieser Studie so aussergew?hnlich?
Wir verwendeten eine spezielle Technik, um dunkle Materie im Universum zu kartieren. Das heutige Universum besteht nur zu f¨¹nf Prozent aus gew?hnlicher Materie. Die dunkle Materie macht hingegen 25 Prozent aus und die dunkle Energie gar 70 Prozent. Diese beiden dunklen Bestandteile sind noch immer ein Mysterium und beinhalten einige der dr?ngendsten Fragen der heutigen Grundlagenphysik. Im DES-Experiment wird ein Ph?nomen genutzt, das sich Gravitationslinseneffekt - ?gravitational lensing? - nennt. Damit k?nnen wir die beiden dunklen Komponenten dingfest machen.

Wie funktioniert das?
Da dunkle Materie kein Licht emittiert, ist sie unsichtbar. Da sie aber Masse hat, kann sich aufgrund ihrer Gravitation beobachtet werden. So beeinflusst dunkle Materie beispielsweise die Bahnen von Galaxien, die sich in ihrer N?he bewegen. Derselbe Effekt der Gravitation beeinflusst auch die Ausbreitung von Licht. Dadurch erscheinen Bilder von entfernten Galaxien ein wenig verzerrt. Dieser Effekt wird Gravitationslinseneffekt genannt. Diese geringen Verzerrungen k?nnen wir nun dazu nutzen, die Verbreitung der dunklen Materie im Universum zu rekonstruieren.

Ist die nun pr?sentierte Karte die erste von dunkler Materie ¨¹berhaupt?
Nein, es gab schon vorher vergleichbare Darstellungen. Unsere Karte umfasst jedoch die gr?sste zusammenh?ngende Region, die jemals kartiert wurde.

Die Karte sieht recht einfach aus. Was ist die haupts?chliche Herausforderung beim Erstellen einer solchen Karte?
Bei diesem Projekt geht es haupts?chlich um Datenanalysen und Modellierungen. Beides ist in diesem Fall sehr komplex. Auch ist es sehr schwierig, den Gravitationslinseneffekt zu messen, da der Verzerrungseffekt sehr klein ist. So m¨¹ssen wir die Formen der Galaxien sehr sorgf?ltig ausmessen und m?gliche Fehler, die von den Instrumenten herr¨¹hren, korrigieren. Zudem m¨¹ssen wir eine grosse Zahl von Galaxien sowie die Distanzen zu ihnen messen.

Was hat Ihre Mitarbeiterin beigetragen?
Chihway Chang hatte eine f¨¹hrende Rolle bei den Analysen sowie bei der Erstellung der Karte mitgearbeitet. Man darf es als Ehre betrachten, dass sie in dieser Weise zum DES beitragen konnte. Das freut mich sehr. Ihre Leistung ist auch eine Teamleistung. Weltweit waren zahlreiche Forscherinnen und Forscher daran beteiligt, wie zum Beispiel Adam Amara und Tomasz Kacprzak, junge Nachwuchsleute, die ebenfalls in meiner Forschungsgruppe arbeiten.

Gibt es weitere ETH-Gruppen, die an DES beteiligt sind?
Am DES beteiligen sich drei Gruppen, die der Kollaboration insgesamt vier Forschende zur Verf¨¹gung stellen. Marcella Carollo und ihre Gruppe untersuchen die Struktur und Morphologie von Galaxien, um herauszufinden wie sich Galaxien in verschiedenen Umgebungen entwickeln. Simon Lillys Gruppe konzentriert sich auf die Messung der Distanzen zu den Galaxien. Meine Gruppe befasst sich mit Fragen zur dunklen Materie, Energie und Gravitation. Hierf¨¹r untersuchen wir den Gravitationslinseneffekt, die Bildung von Strukturen im Universum und Datenanalysen.

Eines der Ziele des DES ist es, Einsteins generelle Relativit?tstheorie entweder zu st¨¹tzen oder zu entkr?ften. Gibt diese Studie bereits erste Hinweise, in welche Richtung es gehen k?nnte?
Es ist zu fr¨¹h, um diese Frage zu beantworten. Um die dunkle Energie und Materie besser zu verstehen und zu entscheiden, ob Anpassungen von Einsteins allgemeiner Relativit?tstheorie n?tig werden, m¨¹ssen wir viel, viel mehr Daten analysieren. Dies wird es uns erlauben, den Gravitationslinseneffekt noch pr?ziser zu messen. Erst dann werden wir dazu in der Lage sein, Einsteins Theorie zu ¨¹berpr¨¹fen. Diese ist nach wie vor unsere aktuelle Theorie der Gravitation und wurde f¨¹r unser Sonnensystem mehrfach best?tigt. Eine M?glichkeit ist, dass sie an die sehr grossen Skalen des Kosmos' angepasst werden muss.

Was sind die n?chsten Schritte der Kollaboration?
Wir arbeiten bereits an den n?chsten Ver?ffentlichungen. Das ist harte, aber aufregende Arbeit. Der vordringlichste Zweck des nun publizierten Datensatzes war zu beweisen, dass das Experiment funktioniert. Und es funktioniert wirklich! Nun m¨¹ssen wir unsere Methoden zur Datenanalyse auf gr?ssere Massst?be ausdehnen, und das wird nicht einfach. Mit jeder weiteren Verbesserung m¨¹ssen wir unsere Methodik ¨¹berdenken.