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Titelthema: Dunkle Materie: Der verborgene Kosmos

Viele Beobachtungen im Universum legen nahe, dass es neben der sichtbaren Materie noch eine andere, "dunkle" Komponente geben müsste. Lange waren die Forscher von nur einer Sorte an Teilchenkandidaten dafür ausgegangen: den WIMPs. Doch mög­licherweise ist die unsichtbare Seite des Alls weitaus vielfältiger.
Dunkle Materie

Viele Spiralgalaxien wie die Andromedagalaxie stellen uns vor ein Rätsel: Ihre Rotationsgeschwindigkeit lässt sich nicht mit den bekannten Gesetzen der Physik erklären. Denn auf Grund der Schwerkraft der sichtbaren Materie sollten die Sterne in den Außenregionen langsamer rotieren, als sie es tatsächlich tun.

Deshalb glauben Kosmologen, dass eine Form nicht sichtbarer Materie – die so genannte Dunkle Materie – solche Ga­laxien umgibt und durchdringt. Sie sollte eine zusätzliche Komponente der Gravitation beisteuern, welche die beobachtete Rotationsgeschwindigkeit erklärt. Diese Dunkle Materie, die vermutlich 25 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmacht, könnte auch die Ursache für bestimmte, bisher rätselhafte Effekte im Kosmos sein. So etwa für die extrem hohen Eigengeschwindigkeiten von Galaxien innerhalb von Galaxienclustern, für die Materieverteilung, die sich ergibt, wenn zwei solche Cluster miteinander kollidieren, oder für gewisse Beobachtungen des Gravitationslinseneffekts – die Ablenkung von Licht im Gravitationsfeld ferner Galaxien.

Die einfachsten Modelle postulieren für die Dunkle Materie nur eine einzige Teilchensorte. Doch trotz jahrelanger Suche ist es den Forschern noch nicht geglückt, deren Existenz nachzuweisen. Außerdem weichen einige astronomische Beobachtungen von manchen Vorhersagen dieser einfachen Theorie ab. Aus diesem Grund haben einige Wissenschaftler die traditionellen Vorstellungen in Frage gestellt und ein komplizierteres Bild der Dunklen Materie entworfen. Demnach sollte diese aus verschiedenen Teilchensorten bestehen und könnte ähnlich komplex aufgebaut sein wie gewöhnliche Materie. …

November 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2015

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  • Quellen

Ackerman, L. et al.: Dark Matter and Dark Radiation. In: Physical Review D 79, 2009

Fan, J. et al.: Dark-Disk Universe. In: Physical Review Letters 110, 2013

Freese, K.: The Cosmic Cocktail: Three Parts Dark Matter. Princeton University Press, 2014

Kaplan, D. E. et al.: Atomic Dark Matter. In: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2010, 2010