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Physik: Gibt es die Dunkle Materie wirklich?

Astronomen erklären mehrere rätselhafte Phänomene mit hypothetischen Teilchen, die trotz intensiver Suche bisher in keinem Experiment entdeckt wurden. Falls sie nicht existieren, funktioniert die Gravitation auf galaktischen Skalen wohl anders als gedacht.
M74 (NGC 268)Laden...

Das größte Geheimnis der Sterne ist heute nicht mehr die Frage, warum sie leuchten, sondern warum sie sich so bewegen, wie sie es tun. Das Problem tauchte erstmals vor fast einem Jahrhundert auf: In den 1930er Jahren beobachtete der Schweizer Astronom Fritz Zwicky in einem Galaxienhaufen, dass einige der darin enthaltenen etwa 1000 Galaxien den gemeinsamen Schwerpunkt überraschend schnell umkreisen. Selbst großzügige Abschätzungen der einzelnen Massen lieferten nicht genug Gravitation, um das Verhalten zu erklären. Zwicky vermutete, eine unsichtbare Dunkle Materie müsse das System beeinflussen.

In den 1970er Jahren entdeckte die US-Astronomin Vera Rubin das gleiche Phänomen innerhalb einzelner Galaxien. Die Geschwindigkeiten der Sterne weit außerhalb des Zentrums blieben ungefähr so groß wie diejenigen der weiter innen gelegenen. Astronomen hatten erwartet, dass entferntere Sterne sich verlangsamen würden, weil dort geringere Anziehungskräfte herrschen. Auch hier reichte die sichtbare Masse nicht aus, um die Beobachtungen zu erklären. Rubin kam zu dem Schluss, in Galaxien müsse es ebenfalls die mysteriöse Dunkle Materie geben.

Seitdem haben sich noch mehr Hinweise darauf angesammelt, dass Astronomen irgendetwas übersehen. Zu den Indizien gehört erstens das Muster der winzigen Temperaturschwankungen in der so genannten kosmischen Hintergrundstrahlung, zweitens die Ablenkung des Lichts weit entfernter Quellen durch Galaxien und Galaxienhaufen sowie drittens die Art und Weise, wie sich Strukturen im Lauf der Entwicklung des Kosmos herausgebildet haben. Die Phänomene lassen sich auf Basis der bekannten Naturgesetze nicht allein mit normaler Materie erklären …

September 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2019

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  • Quellen

Berezhiani, L., Khoury, J.: Theory of dark matter superfluidity. Physical Review D 92, 2015

Hossenfelder, S.: Covariant version of Verlinde’s emergent gravity. Physical Review D 95, 2017

McGaugh, S. S. et al.: Radial acceleration relation in rotationally supported galaxies. Physical Review Letters 117, 2016