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News: Unsichtbare Klumpenordnung

Unser Universum ist mehr als es scheint: zu größten Teilen besteht es aus riesigen Mengen unsichtbarer Materie, die sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar macht. Nicht ganz leicht, etwas über die innere Ordnung dieser Dunklen Materie herauszufinden.
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Sicherlich, heute droht Astronomen nicht mehr der Scheiterhaufen, wenn sie eine missliebige Theorie äußern, doch andere Widrigkeiten machen ihnen die Arbeit nicht unbedingt leichter. So sind sie beispielsweise seit ein paar Jahrzehnten gezwungen, an etwas zu glauben, was man nicht sieht: die Dunkle Materie.

Sie verrät sich allein durch ihre Anziehungskräfte auf die sichtbaren Objekte des Kosmos. Denn ohne die von Dunkler Materie ausgehende Gravitation wären die beobachteten Bewegungen von Sternen, Galaxien und Galaxienhaufen nicht zu erklären. Tatsächlich bringen es wohl sämtliche Sterne nicht einmal auf ein Prozent der Gesamtmasse des Alls; interstellares Gas sowie andere Formen gewöhnlicher Materie, die nicht von selbst leuchtet, machen alles in allem weniger als fünf Prozent aus. Der Rest ist unsichtbar, knapp ein Drittel geht vermutlich auf das Konto Dunkler Materie.

Viel mehr weiß man nicht über das Wesen der unsichtbaren Massen, was naturgemäß ideal war für die Entwicklung verschiedenster pfiffiger sowie mehr oder minder abwegiger Erklärungsversuche in den letzten Jahrzehnten. Nach derzeit gängiger Theorie besteht Dunkle Materie möglicherweise aus bisher unentdeckten Arten von Elementarteilchen: Im Gespräch sind beispielsweise das Axion sowie das Neutralino – letzteres entspringt einer Erweiterung des Standardmodells der Elementarteilchen, der so genannten Supersymmetrie. Alle diese Teilchen machen sich der Theorie nach zwar durch Gravitation bemerkbar, interagieren jedoch nicht durch elektromagnetische Wellen mit dem Rest der Welt – was sie eben unsichtbar macht.

Statt sich in derartig elementaren Einzelheiten zu verlieren, simulierten mit anderem wissenschaftlichen Ansatz seit einiger Zeit verschiedene Astrophysikerteams im großen Maßstab, wie sich die Gesamtheit Dunkler Materie unter Gravitationseinfluss in den Weiten des Universums verteilen dürfte. Eigentlich, so die Annahme, sollte die sichtbare der Anziehung Dunkler Materie folgen, und die dunkle Seite des Universums daher die sichtbare abbilden und umgekehrt.

Neue Simulationen von Chung-Pei Ma und ihren Kollegen von der University of California in Berkeley enthüllen nun in dieser Hinsicht Überraschendes: Dunkle Materie scheint nicht einfach gleichförmig-nebelartig um sichtbare galaktische Objekte verteilt zu sein, sondern ein dynamisches und bewegtes Eigenleben zu führen. Bei hoher simulierter Auflösung zeigte sich, dass die Dichte einzelner Dunkler-Materie-Wolken verschiedenster Größe vom Zentrum zum Rand hin gleichförmig abnimmt.

Dunkle Materie ist offenbar durchaus nicht so glatt und gleichförmig angeordnet wie vermutet, sondern stets deutlich geklumpt und substrukturiert. In der Peripherie größerer Dunkle-Materie-Blasen um Galaxienhaufen schwirren zudem viele kleinere Dunkle-Materie-Satelliten herum, die sich gegenseitig vielfältig beeiflussen. Derartige galaktische Satelliten kennt man zwar auch aus dem "sichtbaren Universum" – nur ist die Zahl entsprechender Satelliten aus Dunkler Materie offenbar viel größer als die ihrer sichtbaren Gegenstücke.

Ma hofft nun mit ihrer Untersuchung einen neuen Anstoß geliefert zu haben, mit dem sich Wirklichkeit und Theorie irgendwann einmal in Übereinstimmung bringen lassen. Immerhin scheint der fernab allem Irdischen beschriebene Bewegungstanz der Dunklen-Materie-Cluster doch durchaus bodenständigen Regel zu folgen: Die Wissenschaftlerin konnte zeigen, dass er einer klassischen Brown'schen Bewegung entspricht und sich demzufolge durch die Fokker-Planck-Gleichung beschreiben lässt – die auf unserer Welt viele stochastische und zufällige Prozesse zu berechnen hilft, etwa das Auf und Ab der Börsenkurse rund um den Globus.

Neues Futter für Astrophysiker also: An der Lösung der Gleichung für die kosmische Bewegung unsichtbarer Materie arbeiten die Wissenschaftler noch, und einiges an den neuen Erkenntnissen zur Dichteverteilung steht im Widerspruch zu bisherigen Theorien. Ein paar davon werden wohl noch auf dem wissenschaftlichen Scheiterhaufen landen, bevor alle dunklen Materie-Geheimnisse gelüftet sind.

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