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Kosmologie: Wie ist die Dunkle Materie verteilt?

Wie hat es die Dunkle Materie geschafft, sich nach dem Urknall im Raum so auszubreiten, dass an gewissen Stellen Dunkle-Materie-Halos, so genannte dark halos, entstanden sind? Kann dies allein mit Gravitation erklärt werden?
Der galaktische Halo um unser Milchstraßensystem (künstlerische Darstellung)Laden...

Ja und nein. Einerseits ja: Die Zusammenballung wird ausschließlich durch Gravitation bewirkt – wenn das gegenwärtige Standardmodell der Kosmologie stimmt, versteht sich –, und zwar gegen die allgemeine Expansion. Andererseits nein: Wenn die Dunkle Materie im Urknall extrem gleichmäßig verteilt gewesen wäre, dann würde das nicht klappen, beziehungsweise es würde entsetzlich lange dauern. Es müssen deshalb »von Anfang an« klitzekleine Dichteschwankungen vorhanden gewesen sein, die es schon vor jeglicher gravitationsbedingter Entwicklung gab und die somit durch andere Mechanismen verursacht wurden. Diese ursprünglichen Dichteschwankungen gibt es tatsächlich: Die Astronomen beobachten sie als Temperaturschwankungen im Muster der überall am Himmel nachweisbaren kosmischen Hintergrundstrahlung. Nach dem aktuellen kosmologischen Standardmodell sind die Schwankungen auf Grund der heisenbergschen Unschärfe aus der Quantenphysik schon zu Beginn des Universums angelegt gewesen und in der Inflationsphase verstärkt worden.

Herr Rehberger hat in seiner Zuschrift seine oben genannte Frage durch die Bemerkung ergänzt, dass die Zusammenballung wohl nicht nur durch Gravitation zu Stande kommen könne, denn »dann hätte die sichtbare Materie ja auch von sich aus bei ausreichender Gravitation Galaxien bilden können«.

HintergrundstrahlungLaden...
Hintergrundstrahlung | Die ESA-Raumsonde Planck hat von 2009 bis 2013 die kosmische Hintergrundstrahlung des gesamten Himmels mit der bisher besten Genauigkeit und Winkelauflösung vermessen. Spektrum und Intensität der Strahlung entsprechen an jedem Punkt des Himmels einer bestimmten Temperatur, die hier farbig codiert dargestellt ist. Der Temperaturbereich, der in der Abbildung von tiefblau bis tiefrot dargestellt ist, entspricht nur wenigen Millionsteln der Durchschnittstemperatur von rund 3 Kelvin. Die Strahlung ist also sehr gleichförmig.

Das ist richtig: Die normale Materie hatte nach dem Urknall genau dieselben kleinen ursprünglichen Unregelmäßigkeiten wie die Dunkle Materie – das ergibt sich aus der Inflationstheorie. Auf lange Sicht hätte sie sich deshalb auch ohne Dunkle Materie zusammenballen können. Aber nicht innerhalb der wenigen hundert Millionen Jahre vom Urknall bis zur Bildung der ersten Galaxien! Das hätte ohne die Hilfe der wesentlich häufiger vorkommenden Dunklen Materie viel, viel länger gedauert, als es uns die Beobachtung des frühen Universums zeigt. Das frühe Auftreten von Galaxien im Kosmos ist eines der mächtigsten Argumente für die Existenz und die Wirkung der Dunklen Materie überhaupt.

Oktober 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Sterne und Weltraum Oktober 2015

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