Zehntausende Rote Riesen sprechen dafür, dass die Milchstraße deutlich weniger Dunkle Materie besitzt als gedacht. Ein zentraler Einwand der Kritiker hält einer neuen Prüfung nicht stand.
Am äußeren Rand der Milchstraße umkreisen die Sterne das Zentrum langsamer als weiter innen, und zwar so deutlich, dass unsere Galaxie womöglich nur ein Fünftel der oft genannten Masse besitzt.
Das ist brisant, weil Galaxien nach gängiger Vorstellung in einer schweren Wolke aus Dunkler Materie stecken, die auch die äußeren Sterne auf Tempo halten müsste.
Kritiker hatten vermutet, der Abfall sei ein Rechenfehler, weil frühere Studien falsch angenommen hätten, wie dicht die Sterne zum Rand hin stehen.
Ein Team um Yongjun Jiao von der Tsinghua-Universität hat diese Sternendichte deshalb an Zehntausenden Roten Riesen aus Daten des Gaia-Satelliten selbst nachgemessen und findet keinen Hinweis auf den befürchteten Fehler.
Die fallende Kurve bleibt, und mit ihr die Frage, wie viel Dunkle Materie die Milchstraße wirklich besitzt.
Was das Tempo der Sterne über unsichtbare Masse verrät
Wie schnell ein Stern um das Zentrum seiner Galaxie kreist, hängt davon ab, wie viel Masse ihn nach innen zieht.
Trägt man dieses Tempo gegen den Abstand zum Zentrum auf, entsteht eine sogenannte Rotationskurve.
In vielen Spiralgalaxien bleibt sie auch weit draußen flach, die äußeren Sterne sind also kaum langsamer als die inneren.
Das gilt als starkes Indiz für Dunkle Materie, eine unsichtbare Masse, die sich nur über ihre Schwerkraft verrät.
Kreiste dort draußen viel davon, müssten die Sterne schnell bleiben, um nicht nach innen zu stürzen.
Für die eigene Galaxie war die Kurve lange schwer zu messen, weil wir mitten in ihrer Scheibe sitzen.
Das änderte sich mit Gaia, einem Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, der Positionen und Bewegungen von Sternen am ganzen Himmel vermisst.
Mehrere Studien fanden seitdem, dass die Sterne dort, wo die leuchtende Scheibe ausläuft, langsamer werden.
Sie verhalten sich damit ähnlich wie die Planeten im Sonnensystem, wo Neptun gemächlicher um die Sonne zieht als Merkur, weil fast die gesamte Masse im Zentrum steckt.
Der Einwand gegen die fallende Kurve
Das Tempo der Kreisbahn lässt sich allerdings nicht einfach ablesen.
Die Sterne torkeln zusätzlich ein wenig hin und her, und dieses Durcheinander wirkt wie der Druck eines Gases, das nach außen drängt.
Wie stark dieser Druck ist, hängt davon ab, wie schnell die Sterne zum Rand hin spärlicher werden. Die Schwerkraft muss die Sterne gegen ihn auf ihrer Bahn halten, deshalb fließt er in die Rechnung ein.
Frühere Studien hatten diese Ausdünnung nicht gemessen, sondern einen Standardwert aus anderen Arbeiten übernommen.
Eine andere Forschungsgruppe argumentierte, die Scheibe könne am Rand in Wahrheit abrupt enden.
Rechnet man dann mit einer zu sanften Ausdünnung, unterschätzt man den Druck und damit auch die Schwerkraft, die ihm standhält.
Die berechnete Kurve fiele zu niedrig aus. Die Dichte direkt zu bestimmen ist schwierig, weil Himmelsdurchmusterungen in großer Entfernung nur die hellsten Sterne erfassen.
Wie das Team die Sterne selbst zählte
Yongjun Jiao hat diesen Einwand gemeinsam mit François Hammer vom Pariser Observatorium und weiteren Kollegen überprüft.
Das Team nutzte Rote Riesen, aufgeblähte Sterne in einer späten Lebensphase, die hell genug sind, um sie bis an den Rand der Scheibe zu sehen.
Ihre Bewegungen stammen von Gaia, ergänzt um Messungen eines Spektrografen, der das Sternenlicht in seine Farben zerlegt und so verrät, wie schnell ein Stern auf uns zu- oder von uns wegfliegt.
Sterne, die gegen den Strom kreisen oder auf stark gestreckten Bahnen laufen, sortierten die Forschenden aus.
Bei der Dichte gingen sie einen anderen Weg als ihre Vorgänger.
Sie zählten genau dieselben Sterne, deren Bewegung sie auswerteten, und glichen rechnerisch aus, dass in großer Entfernung nur die hellsten sichtbar sind.
Die Studie ist bislang ein Preprint auf dem Server arXiv und wurde noch nicht unabhängig begutachtet.
Die Sternenscheibe dünnt aus, ohne abzubrechen
Wäre die Scheibe am Rand abgeschnitten, hätten die Zählungen dort einen plötzlichen Einbruch zeigen müssen. Einen solchen Einbruch zeigen sie nicht.
Die Zahl der Sterne fällt nach außen erst steil und dann deutlich sanfter ab.
Um sicherzugehen, werteten die Forschenden nur den Bereich aus, in dem sie in jedem Abstand dieselbe Sorte Sterne erfassen, und eine unabhängige Zählung mit Daten eines chinesischen Teleskops ergibt dort denselben Verlauf.
Die neue Dichte hebt vor allem den inneren Teil der Rotationskurve an, weil die Sterne dort schneller ausdünnen als bisher angenommen. Am Rand ändert sich wenig.
Eine flache Kurve, wie sie eine schwere Wolke Dunkler Materie erzeugen würde, schließt das Team für den äußeren Bereich mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von weniger als eins zu einer Million aus.
Ganz sauber ist das Bild trotzdem nicht, denn die äußere Scheibe ist verbogen, und Sterne oberhalb und unterhalb der Scheibenebene bewegen sich leicht unterschiedlich.
Diese Unsicherheit wächst zum Rand hin, hebt den Abfall aber nicht auf, und einen Abbruch noch weiter draußen können die Forschenden nicht ausschließen.
Die Milchstraße wiegt so viel wie rund 200 Milliarden Sonnen
Aus der Kurve berechnet das Team die Gesamtmasse der Milchstraße und kommt auf so viel wie rund 200 Milliarden Sonnen. Das ist nur etwa ein Fünftel dessen, was viele andere Methoden ergeben.
„Diese geringe Masse folgt aus dem langsamen Anwachsen der eingeschlossenen Masse über den Bereich, den die Rotationskurve direkt erfasst“, schreiben die Autoren.
Die Zahl bleibt eine Hochrechnung, weil die gemessenen Sterne nur bis zum Rand der Scheibe reichen und das Team für den Bereich dahinter eine Form der Dunklen Materie annehmen muss.
Mit der in der Kosmologie gängigsten Form kommt mehr Masse heraus, doch dann passt die Kurve schlecht zu den äußeren Sternen.
Eine leichte Milchstraße hätte eine merkwürdige Folge. Bisher fanden Astronomen in Galaxien meist weniger normale Materie aus Sternen, Gas und Staub, als nach dem Anteil im ganzen Universum zu erwarten wäre.
In einer leichten Milchstraße macht diese normale Materie dagegen einen ungewöhnlich großen Teil der Gesamtmasse aus.
Die Milchstraße scheine „kein Problem mit fehlender normaler Materie zu haben“, schreibt das Team, sie zeige „stattdessen eine mögliche Spannung durch einen Überschuss“.
Höhere Massenwerte anderer Verfahren erklären die Forschenden unter anderem damit, dass Zwerggalaxien als Messsonden womöglich erst vor Kurzem eingetroffen sind und ihr Schwung die Masse überschätzen lässt.
Die nächste Datenveröffentlichung von Gaia soll zeigen, ob der Abfall am Rand wirklich so steil ist.
Meine Einschätzung
Bemerkenswert finde ich weniger die Massenzahl als die Art, wie sie zustande kommt.
Das Team nimmt den stärksten Einwand seiner Kritiker ernst, misst die umstrittene Größe selbst nach und legt offen, wo die eigene Messung schwach wird.
Die Arbeit zeigt auch, wie viel an einer einzigen, lange ungeprüften Annahme hängen kann. Ob die Milchstraße tatsächlich so leicht ist, entscheidet sich weit draußen, wo kaum noch Sterne stehen, und noch fehlt die Prüfung durch Fachkollegen.
Trotzdem bleibt der Gedanke hängen, dass wir das Gewicht unserer eigenen Heimatgalaxie vielleicht um ein Vielfaches überschätzt haben.
Vielleicht kennst du jemanden, der beim Blick auf das helle Band am Nachthimmel schon einmal gefragt hat, was das alles zusammenhält, und dem du diesen Text schicken möchtest.
Quelle: Yongjun Jiao (Tsinghua University), 2026, ArXiv:2609.30364
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