Astroteilchenphysik

Die Suche nach Dunkler Materie

Materie ist nicht gleich Materie. Immer wieder hört man Begriffe wie: Antimaterie, baryonische Materie oder gar seltsame Materie. Besonderes Interesse aber haben Astrophysiker an einer ganz besonders exotischen Form: Der dunklen Materie. Werfen wir einmal einen Blick auf den Stoff, dem wir letztendlich unsere Existenz verdanken.
Eine 3D-Karte, die die großräumige Verteilung der Dunklen Materie zeigt. Die Karte beruht auf Daten des Hubble-Teleskops.

Eine 3D-Karte, die die großräumige Verteilung der Dunklen Materie zeigt. Die Karte beruht auf Daten des Hubble-Teleskops.

Das Universum ist dunkel, keine Frage. Aber dass da draußen so viel mehr dunkle Materie als normale Materie existieren soll, das hat damals selbst gestandene Astrophysiker überrascht. Aber was genau ist eigentlich dunkle Materie? Alles begann mit zwei seltsamen Entdeckungen in den 1930er Jahren: Damals beobachteten der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort und der schweizer Astrophysiker Fritz Zwicky unabhängig voneinander Unstimmigkeiten in der Bewegung von Galaxien und Galaxienhaufen. Beispielsweise konnte Zwicky zeigen, dass der "Coma-Galaxienhaufen" nicht ausschließlich durch die von der sichtbaren Materie verursachte Gravitation zusammengehalten werden konnte. Es musste eine weitere, unsichtbare Form von Materie existieren, die für die beobachtete Stabilität sorgt. Heute nennen wir diesen Stoff "dunkle Materie", wenngleich auch noch niemand weiß, woraus diese ominöse Substanz denn nun besteht. Viele Vorschläge und Theorien wurden gesponnen und ersonnen - und werden es weiterhin.

Die Kandidaten

Viele Teilchen und Objekte mussten bereits als Kandidaten für dunkle Materie herhalten. Verständlich, erfüllen doch die meisten von ihnen die offensichtlich wichtige Eigenschaft, recht unsichtbar zu sein. Dazu gehören schwarze Löcher genauso wie braune Zwerge oder Neutrinos. Heute weiß man jedoch recht genau, wie viele von diesen Objekten das Universum bevölkern. Kurz gesagt: Es sind zu wenig. Es fehlen immernoch gigantische Mengen an Masse, um u.a. die Bewegung des Coma-Haufens erklären zu können. Heute ist sich die Fachwelt praktisch darüber einig, dass die dunkle Materie grundsätzlich nicht der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegt. Das bedeutet: Sie kann weder Licht aussenden noch absorbieren, was eine direkte Detektierung erheblich erschwert. Um dem geisterhaften Stoff auf die Spur zu kommen, muss man sich also beispielsweise seine gravitativen Eigenschaften zunutze machen, etwa mit Hilfe von Gravitationslinsen. Die Physiker haben aber noch ein weiteres Ass im Ärmel: An der Tübinger Universität werden derzeit kleine Detektoren entwickelt, die in größeren Mengen zusammengeschaltet nach sogenannten WIMP's (Weakly Interacting Massive Particles) Ausschau halten sollen - Teilchen, die als massiv betrachtet werden, aber nicht der elektromagnetischen und starken Wechselwirung unterliegen sollen. Diese Experimente befinden sich derzeit in der Aufbauphase.

Wegbereiter für Galaxien

Die Natur der dunklen Materie ist also weiterhin unklar. Klar jedoch ist, dass wir Menschen ohne diesen Stoff nicht existieren würden - oder zumindest noch nicht. Die enorme Masse der dunklen Materie hat im frühen Universum nämlich dazu beigetragen, dass sich Staub und Gas zu größeren Gebilden zusammenballen konnte, woraus letztendlich die Galaxien hervorgegangen sind. Ohne die dunkle Materie hätten sich die anfangs recht gleichmäßig verteilten Teilchen nicht in dieser kurzen Zeit zu Galaxien formen können. Demnach wären auch Sonnensysteme, Planeten und somit auch wir erst sehr viel später auf der Bühne des Weltraums erschienen. Bleibt uns nur eines: Zuzuschauen, wie die spannende Suche nach der Dunklen Materie weitergeht.

Autor: M. Gänsler
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