Garching (Deutschland) – Mithilfe von Gravitationslinsen haben Astronomen ein bislang einzigartiges dunkles Objekt im fernen All entdeckt – eine Million Mal schwerer als die Sonne. Während zunächst eine kompakte Zwerggalaxie vermutet wurde, geht von dem Objekt jedoch kein Sternen-Licht aus. Da das Innere dennoch kompakt zu sein scheint, vermuten die Entdecker, dass es sich um eine gewaltige Kugel aus Dunkler Materie handeln könnte, deren Zentrum kollabiert ist und in der sich ein schwarzes Loch gebildet hat.
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Wie das internationale Forschungsteam um Simona Vegetti vom Max-Planck-Institute für Astrophysik aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-025-02746-w) berichtet, wurde das Objekt mithilfe moderner Gravitationslinsen-Techniken identifiziert. Es handelt sich um das derzeit masseärmste Objekt dieser Art, das je mit dieser Methode nachgewiesen wurde. Die Entdeckung könnte wichtige neue Hinweise auf die Natur und Struktur dunkler Materie liefern – und stellt zugleich gängige theoretische Modelle infrage.
Indirekte Beobachtungen mit Teleskopen-Netzwerk
Allerdings wurde das Objekt nicht direkt beobachtet, sondern über seinen gravitativen Einfluss auf das Licht einer weit entfernten Galaxie. Durch die Schwerkraft des unsichtbaren Körpers wurde das Licht verzerrt und zu charakteristischen Bögen und Strukturen geformt, die sich mit hochauflösenden Radiobeobachtungen verschiedener weltweiter Teleskop (darunter das Green Bank Telescope, das Very Long Baseline Array sowie das European Very Long Baseline Interferometric Network) analysieren ließen. Das Licht, das heute auf der Erde registriert wird, stammt aus einer Zeit, als das Universum erst etwa 6,5 Milliarden Jahre alt war – ein weiterer Hinweis darauf, dass es sich um ein sehr frühes und ungewöhnliches Objekt handelt.
Die zusammengeschalteten Teleskope bildeten ein virtuelles Teleskop mit einem Durchmesser von der Größe der Erde. Die so erzielte Bildschärfe ermöglichte es erstmals, extrem feine Gravitationssignale zu erkennen, die auf eine zusätzliche, kompakte Massenansammlung zwischen Erde und der beobachteten Galaxie hindeuten.
Ein rätselhaft dichtes, lichtloses Objekt
Die innere Struktur des Objekts erwies sich als besonders bemerkenswert: Im Zentrum befindet sich eine extrem dichte Region, die etwa ein Viertel der Gesamtmasse ausmacht. Diese könnte theoretisch mit einem Schwarzen Loch oder einem sehr dichten stellaren Kern vereinbar sein. Nach außen hin flacht die Dichte jedoch zu einer breiten, scheibenartigen Komponente ab – eine Struktur, die in dieser Form bislang nicht beobachtet wurde. Auffällig ist zudem, dass keinerlei Sternlicht nachgewiesen werden konnte.
Eine naheliegende Erklärung wäre eine ultrakompakte Zwerggalaxie mit einem ausgedehnten Sternhalo. Solche Systeme sind seltene Übergangsobjekte zwischen massereichen Sternhaufen und kleinen Galaxien. Allerdings passt das völlige Fehlen von Licht nicht zu dieser Vorstellung. Alternativ ziehen die Forschenden deshalb eine exotischere Möglichkeit in Betracht: einen Halo aus dunkler Materie, dessen Zentrum kollabiert ist und möglicherweise ein Schwarzes Loch gebildet hat.
Dunkle Materie – ein Rätsel der Astrophysik
Dunkle Materie selbst bleibt eines der größten Rätsel der modernen Astrophysik. Sie sendet kein Licht aus, beeinflusst aber durch ihre Gravitation maßgeblich die Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Ihre Eigenschaften lassen sich daher nur indirekt über Gravitationslinsen untersuchen.
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Um die komplexen Daten auszuwerten, musste das Team neue Modellierungsverfahren entwickeln, die nur auf leistungsstarken Supercomputern berechnet werden konnten. Mithilfe der sogenannten Gravitationsbildgebung gelang es, die unsichtbaren Massenverteilungen mit bisher unerreichter Präzision zu rekonstruieren.
Die Entdeckung passt grundsätzlich zu der Erwartung, dass es zahlreiche kleine, lichtlose Klumpen dunkler Materie geben sollte. Gleichzeitig weicht die gemessene innere Struktur deutlich von den Vorhersagen des Standardmodells der kalten dunklen Materie ab, das von eher gleichmäßig verteilten, weniger stark zentrierten Halos ausgeht. Eine mögliche Erklärung wäre eine Selbstwechselwirkung der dunklen Materie, die zu einem Kollaps im Zentrum geführt haben könnte. Ob ein solches Szenario das beobachtete Dichteprofil reproduzieren kann, müssen jedoch erst weitere Simulationen zeigen.
Es handelt sich bereits um das dritte Objekt, das mit dieser Methode identifiziert wurde – jedoch um das kleinste und bislang detaillierteste. Alle bisherigen Funde weisen Eigenschaften auf, die sich nur schwer mit etablierten Modellen vereinbaren lassen. Die Forschenden wollen nun weitere Himmelsregionen untersuchen, um zusätzliche Objekte dieser Art zu finden.
Sollten sich dabei mehr vollständig sternlose, kompakte Strukturen zeigen, könnte dies weitreichende Konsequenzen für das Verständnis dunkler Materie und der kosmischen Strukturbildung haben.
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