Dunkle Materie

Zu dunkler Materie fasst man all jene Materie im Universum zusammen, die man nicht sehen kann, auf deren Existenz jedoch indirekt zum Beispiel durch die Gravitationswirkung geschlossen wurde.

Physiker wissen nicht, woher 90 Prozent der Masse im Universum stammen. Doch die Ratlosigkeit bietet Gelegenheit, auch exotische Lösungen für das Problem in Betracht zu ziehen. Einige davon entstanden in Zusammenarbeit mit Teilchenphysiker. So könnten beispielsweise schwere Teilchen wie die WIMPs für das Gewichtsproblem verantwortlich sein.

Indizien Das Universum ist groß und daher sicherlich auch schwer. Aber wie misst man seine Masse? Oder besser: Wie kommt man auf die Idee, dass es schwerer sein müsste als all das, was man sieht? Sterne stellt man nicht einfach auf eine Waage, wirft eine Münze ein und liest das Ergebnis ab. Vielmehr sind indirekte Methoden zur Ferngewichtsmessung gefragt. Eine dieser Methoden betrifft die Rotation von Galaxien: Galaxien sind ständig in Bewegung, drehen sich um sich selbst. Anderenfalls würden sie aufgrund der Schwerkraft in sich stürzen. Durch die Drehung werden die Gestirne jedoch wie im Karussell nach außen gedrückt, was sie auf der Bahn hält. Auch unser Sonnensystem behält auf diese Weise seine Form. Dabei fällt allerdings auf, dass die Planeten umso schneller um die Sonne kreisen, je weiter innen sie sich befinden. Die Erde ist rund dreimal so flott wie der Saturn. Messungen an Galaxien ergeben dagegen, dass die Geschwindigkeitsverteilung wie beim Sonnensystem für die Sternenanhäufungen nicht mehr zutrifft. Hier zeigt sich, dass die Sterne alle mit nahezu derselben Geschwindigkeit unterwegs sind – egal wie weit sie sich vom Zentrum entfernt befinden. In unserem Planetensystem könnte man eine solche Geschwindigkeitsverteilung erreichen, wenn es auch noch zwischen den Planeten jede Menge Materie gibt. Dann könnten Erde und Saturn auch gleich schnell unterwegs sein. Dasselbe Argument deutet nun auf die Existenz von dunkler Materie hin: Alle Galaxien sind von einer kugelförmigen, massiven Ansammlung dunkler Materie eingehüllt.

Woraus besteht dunkle Materie? Physiker haben zahlreiche Kandidaten ausgemacht, die zur dunklen Materie beitragen könnten: Sternenstaub beispielsweise oder Braune Zwerge. Das sind Sonnen, die zu leicht sind, als dass in ihnen eine Kernfusion in Gang kommen könnte. Auch bereits erloschene Sterne kann man nicht sehen. Es gibt zudem weit schwerere Kandidaten, wie die Schwarzen Löcher, die – der Name lässt es vermuten – nun auch recht unsichtbar sind. Diese Anwärter auf dunkle Materie sind Sache der Astronomen. Doch es gibt da noch eine weitere Klasse von dunklen Objekten, welche eher in das Gebiet der Teilchenphysik fallen: WIMPs.