„Ohne das Verständnis der dunklen Materie verstehen wir das Universum nicht“: Kolumbianischer Astrophysiker erhält NASA-Stipendium

Das NASA Hubble Fellowship Program (NHFP) ist ein Förderprogramm der NASA, das durch die Unterstützung außergewöhnlich vielversprechender und innovativer Forscher Spitzenleistungen und Führungsqualitäten in der Astrophysik fördern soll .

Mehr als 650 Kandidaten bewarben sich um die Stipendien für 2025, die Forschern bis zu drei Jahre lang Unterstützung bei ihrer Arbeit an einer US-amerikanischen Institution bieten.

Die NASA hat kürzlich die neuesten Empfänger des Programms bekannt gegeben: 24 Forscher, die in drei Unterkategorien unterteilt sind und an der Beantwortung der drei großen wissenschaftlichen Fragen arbeiten werden, die die Agentur über das Universum beantworten möchte: Wie funktioniert es? Wie sind wir hierher gekommen? Und sind wir allein?

„Der Jahrgang 2025 des NASA Hubble Fellowship Program besteht aus herausragenden Astrophysikern“, sagte Shawn Domagal-Goldman, kommissarischer Direktor der Abteilung Astrophysik am NASA-Hauptsitz in Washington. „Dieser Jahrgang kompetitiv ausgewählter Stipendiaten wird zukünftige Generationen durch die Ergebnisse ihrer Forschung inspirieren und die Öffentlichkeit an deren Ergebnissen teilhaben lassen. Ihre Bemühungen werden der NASA helfen, ihre weltweite Führungsrolle in der weltraumgestützten Astrophysikforschung auszubauen“, fügte der Direktor hinzu.

Zu dieser erlesenen Gruppe gehört in diesem Jahr auch ein Kolumbianer. Nicolás Garavito Camargo , Physiker der Nationaluniversität und Absolvent des Masterstudiengangs Physik der Universität der Anden, promovierte an der Universität von Arizona und forscht derzeit als Postdoktorand in New York. Mit diesem Stipendium erhält der in Valencia (Venezuela) geborene, aber in Bogotá aufgewachsene Astrophysiker drei Jahre lang eine Vollfinanzierung für die Entwicklung von Projekten zur Dunklen Materie an der Universität von Maryland.

Damit ist er der dritte Kolumbianer, dem diese Ehre zuteil wird (zuvor waren es Paola Pinilla, ebenfalls von Uniandes, und Andrés Izquierdo von der Universität von Antioquia).

Der 36-jährige Garavito sprach mit EL TIEMPO über die Bedeutung dieser Unterstützung für seine Karriere, die Geheimnisse, die die dunkle Materie noch immer umgeben, und die überraschenden Entdeckungen, von denen er hofft, dass sie die wissenschaftliche Gemeinschaft in den kommenden Jahren in Erstaunen versetzen werden.

Ich war in der Schule nicht sehr diszipliniert. Physik mochte ich nicht, aber Mathematik begeisterte mich, und in den anderen Fächern war ich nicht besonders gut. Aber dann hatte ich einen guten Physiklehrer, Juan Carlos Prieto, der mich sehr motivierte. Ich mochte Physik, weil sie meiner Meinung nach grundlegende Fragen unseres Lebens beantwortete, zum Beispiel, was das Universum ist, wie es funktioniert, warum sich Planeten um Sterne drehen. Das war meine Motivation, und ich konnte mir auch keine andere Arbeit vorstellen; ich sah mich nicht von neun bis fünf in einem Büro arbeiten; ich wollte etwas, das mir mehr Freiheit gab.

Ich bin sehr motiviert, diese Zeit zu haben, und vor allem gibt es mir die Unabhängigkeit, an den Themen zu arbeiten, die mich interessieren. Ich freue mich sehr über diese Möglichkeit, weiß aber auch, dass viele Menschen, obwohl es ein besonderes Stipendium ist, ähnliche Positionen verfolgen. Für mich bedeutet es auch eine große Verantwortung, zu arbeiten, Ergebnisse zu erzielen und Wissenschaft zu betreiben, denn das Geld stammt normalerweise aus den Steuern, die die Menschen hier in den Vereinigten Staaten zahlen. Ich denke, es ist auch eine Anerkennung dafür, dass wissenschaftliche Arbeit wichtig ist und eine Rolle in der Gesellschaft spielt. Daher ist es wichtig, dass sie weiterhin gefördert wird.

Ich habe mich darauf spezialisiert, die Wechselwirkungen von Galaxien, insbesondere der Milchstraße, in der wir leben, mit ihren Nachbargalaxien zu untersuchen. Das ist besonders wichtig, da diese Wechselwirkung durch etwas Unbekanntes, die sogenannte Dunkle Materie, vermittelt wird, die wir gravitativ messen können. Wir können die Menge davon messen, die die Bewegung der Sterne auf ihren Umlaufbahnen verursacht. Ich untersuche, wie diese Satellitengalaxien unsere Galaxie stören, und verwende dazu Computermodelle und Simulationen.

Ich möchte zwei Dinge hervorheben. Das erste ist ein Ergebnis, das ich 2019 veröffentlicht habe. Zuvor dachten wir, die Milchstraße werde von keiner Galaxie gestört, sie befinde sich im Gleichgewichtszustand. Ich sagte jedoch voraus, dass sie tatsächlich von einer Galaxie namens Magellansche Wolke gestört wird. Diese ist kleiner als die Milchstraße und wird als Satellitengalaxie bezeichnet, da sie unsere Galaxie umkreist. Ich machte Vorhersagen darüber, wie sie unsere Galaxie stört, und diese Hypothesen wurden dann beispielsweise durch Daten des Teleskops Gaia bestätigt, das im Grunde eine Karte der Milchstraße darstellt. Das war sehr interessant, weil wir dadurch nicht nur sehen, dass es Störungen gibt, sondern uns auch Aufschluss über die Verteilung der Dunklen Materie in unserer Galaxie geben können.

Die andere Entdeckung ist damit verbunden, da unsere Galaxie von mehreren kleineren Satellitengalaxien umkreist wird, die schließlich mit der Milchstraße verschmelzen werden. Das Besondere an diesen Galaxien ist ihre atypische Verteilung: Sie liegen in einer Ebene und rotieren, wie die Planeten im Sonnensystem. Diese Verteilung von Satellitengalaxien ist ungewöhnlich, und ihre Entstehung ist ungeklärt. In einer Arbeit aus dem Jahr 2021 stellten wir außerdem fest, dass die beobachtete Rotationsbewegung nicht intrinsisch ist. Es ist nicht so, dass diese Satellitengalaxien tatsächlich rotieren, sondern dass sich unsere Galaxie kreisförmig bewegt. Es ist wie auf einem Karussell: Man sieht, wie sich draußen alles bewegt, aber man selbst dreht sich.

Eigentlich müsste man sie transparente Materie nennen. So bezeichnet man eine Materieart, die wir nicht sehen können, für deren Existenz es aber viele Belege gibt. Die gesamte Galaxie ist von einem Halo namens Dunkle Materie umgeben, der 85 Prozent der Masse des Universums ausmacht. Die restlichen 15 Prozent sind das, was wir als Materie wahrnehmen, wie Sterne oder unser Körper. Wir haben viele Hinweise darauf, dass sie existiert, aber wir wissen nicht, was sie ist. Es gibt zwei Hauptvermutungen: Die eine ist eine Art Teilchen, das kein Licht emittiert, aber wir kennen die Eigenschaften dieser Teilchen nicht. Wir testen sie mit zahlreichen Detektoren, um sie zu beobachten, bisher jedoch ohne Erfolg. Die andere Theorie könnte eine Modifikation der Newtonschen und Einsteinschen Gesetze zur Wirkungsweise der Gravitation sein, die sich möglicherweise anders verhält als auf kleineren Skalen. Wir vermuten daher mehr Materie, aber in Wirklichkeit funktioniert die Gravitation anders.

Diese Frage lässt sich schwer beantworten. Klar ist jedoch, dass es zunehmend Daten gibt, die prinzipiell dazu beitragen können, die Hypothesen beider Szenarien zumindest zu beweisen oder zu widerlegen. Beispielsweise haben Teilchendetektoren viele Hypothesen darüber, um welche Art von Teilchen es sich bei Dunkler Materie handeln könnte, ausgeschlossen, da sie nicht nachgewiesen wurden.

Es gibt tatsächlich viele neue Teleskope, die es uns ermöglichen, mehr zu sehen und die Dunkle Materie besser zu messen. Für mein Forschungsgebiet, da ich mich stärker auf die Milchstraße konzentriere, ist beispielsweise das Vera-Rubin-Teleskop von großer Bedeutung, da es uns ermöglicht, die Entfernungen zu weit entfernten Sternen in unserer Galaxie zu messen. Diese Sterne ermöglichen es uns, die Verteilung der Dunklen Materie in unserer Galaxie zu kartieren. Ein Beispiel: Wäre Bogotá unsere Galaxie, konnten wir bisher die Entfernungen innerhalb eines einzelnen Stadtteils wie La Candelaria sehr genau messen. Die Galaxien im Süden oder Norden hingegen können wir zwar sehen, aber ihre Entfernungen noch nicht genau bestimmen. Das ist wichtig, denn mit diesen Informationen können wir eine Karte der Stadt erstellen und analog dazu auf galaktischer Ebene mithilfe dieser Sterne die Form unserer Galaxie und ihre Grenzen bestimmen. Die Erstellung dieser Karte wird auch sehr wichtig sein, um zu wissen, wo sich die Dunkle Materie befindet.

Ich würde gerne wissen, was Dunkle Materie ist. Ich denke, das wäre eine großartige Entdeckung, denn sie würde uns zwei Dinge ermöglichen: Erstens, die Entdeckung eines oder mehrerer neuer Teilchentypen – das wäre neue Wissenschaft, neue Physik, die es bisher noch nicht gibt. Es wäre eine gewaltige Entdeckung. Zweitens, die Entdeckung, wie die Gravitation funktioniert. Ob Gravitation tatsächlich auf verschiedenen galaktischen Skalen funktioniert. Diese Entdeckung wäre auch für unser Verständnis des Universums sehr wichtig. Es wird neue Physik geben, und ich denke, das wird uns immer helfen, mehr über das Universum zu verstehen. Es kann aber auch viele weitere Anwendungen in unserem täglichen Leben haben. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie hat beispielsweise viele Anwendungen in unserem täglichen Leben, in der Funktionsweise von Satelliten, in der Funktionsweise von GPS – all das basiert auf dieser Wissenschaft.

Wenn wir nicht verstehen, was dunkle Materie ist, verstehen wir einen großen Teil der Funktionsweise des Universums nicht.