Galaxienhaufen

Man kann beobachten, dass Galaxien nicht gleichförmig im All verteilt sind, sondern sich zu Haufen anordnen, deren Umfang von wenigen bis zu Millionen Galaxien reicht. Wahrscheinlich haben sich diese Haufen gebildet, weil die Galaxien sich auf Grund ihrer Anziehungskraft zu solchen Gruppen zusammengeschlossen haben.
Die Gesamtmasse der Galaxien eines Galaxienhaufens kann aus den Bewegungen dieser Galaxien abgeleitet werden.
Dabei wird der Virialsatz angewendet.
Er besagt, dass die Summe der kinetischen Energie der Objekte einer gravitativ gebundenen Gruppe gleich der Hälfte der potentiellen Energie eines Systems sein muss.
Die potentielle Energie wird durch die Gesamtmasse des Systems gegeben, die summierte kinetische Energie ist aus den Geschwindigkeiten der Objekte im System zu berechnen.
Die Anwendung des Virialsatzes auf Daten einiger Galaxienhaufen ergab einen Faktor 10x mehr Masse als man an Hand der sichtbaren Objekte erklären konnte.
Mit Röntgensatelliten wurden ausgedehnte Röntgenstrahlung aus Himmelsgebieten um Galaxienhaufen festgestellt. Gas, das Röntgenstrahlen emittiert, muss sehr heiß sein, im Bereich von zehn Millionen Grad. Da solches Gas sehr dünn und sehr beweglich, andererseits in Galaxienhaufen gebunden ist, muss der Haufen eine sehr große Schwerkraft auf dieses Gas ausüben. Dies erlaubt eine Abschätzung der Gesamtmasse und aus diesen Analysen folgte auch: Dunkle Materie!

Große und massereiche Galaxienhaufen erzeugen (laut der allgemeinen Relativitätstheorie) eine lokale Raumkrümmung. Sie bewirkt, dass Licht eines Hintergrundobjektes durch die Wirkung der Gravitation abgelenkt wird. Seit den 80er Jahren kennt man merkwürdige leuchtende Bögen in der Nähe von sehr massereichen Galaxien. Sie wurden als durch Gravitationslinsen erzeugte verzerrte Abbilder von Hintergrundgalaxien erkannt.
Theoretische Überlegungen erlauben, aus der Form und Lage der Bögen die Verteilung der Masse und die Gesamtmasse des Galaxienhaufens abzuleiten. Auch hier stellte sich heraus, dass weitaus mehr Masse (ein Faktor größer als 10) anwesend ist, als Astronomen an Hand des Lichts erklären können.

Die Menge der DM in Galaxien und Haufen, für die man eindeutige Anhaltspunkte hat, lässt sich ziemlich zuverlässig schätzen. Mit dieser Schätzung liegt man allerdings erst bei ungefähr zehn Prozent der kritischen Dichte, die erforderlich ist, um das Universum wieder kollabieren zu lassen.
Wenn man sich also nur auf die Beobachtungsdaten stützt, müsste man vorhersagen, dass das Universum seine Expansion ewig fortsetzen wird.

Dunkle Materie, die sehr gleichförmig über das Universum verteilt ist, kann man nur an ihrem Einfluss auf die Expansion des Universums erkennen. Man kann bestimmen, wie rasch sich die Expansion verlangsamt, indem man die Geschwindigkeit misst, mit der ferne Galaxien von uns fortstreben.