Unsere Welt zu verstehen:  Dunkle Materie

Sabine Hossenfelder erklärt (2018):

 
Das Universum verbirgt etwas vor uns. Man weiß das seit 1930, als Fitz Zwicky das Hooker-Telekop mit einem Spiegel von 2,5 Meter Durchmesser auf den Coma-Galxienhaufen richtete: ein paar hundert Galaxien. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die abhängt von der Gesamtmasse, deren Gravitationskraft sie als haufen zusammenhält.
 
Zu seinner Überraschung stellte Zwicky nun aber fest, dass sie sich deutlich schneller bewegen, als mit dieser Masse erklärt werden kann. Und so vermutete er, dass der Haufen weitere Materie enthielt, die kein Licht abgab: Dunkle Materie (daher also der Name).
 
Als Vera Rubin — 40 Jahre später — die Rotation von mehr als 60 Galaxien untersuchte, stellte sie fest, dass in jeder von ihnen die äußeren Sterne schneller als erwartet ums Zentrum der jeweiligen Galaxi kreisen.
 
Das Tempo aber, das ein Stern benötigt, um in einer stabilen Umlaufbahn zu bleiben, hängt ab von der Gesamtmasse im Zentrum seiner Bewegung, und dass sich die äußeren Arme jener Galaxien so schnell drehen, konnte nur bedeuten, dass jene Galaxien mehr Masse enthalten musste als sichtbar war.
 
Inzwischen weiß man, dass die Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung nur zu den Daten passen, wenn mehr Materie vorhanden ist als sichtbar.
 
Sie ist auch nötig, um die Bildung galaktischer Strukturen im Universum unseren Beobachtungen anzupassen.
 
Weitere Hinweise auf dunkle Materie liefert der Gravitationslinsen-Effekt: Galaxienhaufen krümmen den Weg des Lichts mehr, als man nach ihrer sichtbaren Masse erwarten müsste.
 
 
 
Damit scheint klar:
 
Dunkle Materie existiert.
 
Aus was aber könnte sie bestehen?
 
Hier die wichtigsten Vermutungen dazu:

 

• Die erste Vermutung war, dass Galaxien unerwartet viel schwer erkennbare stellare Objekte enthalten, wie etwa Schwarze Löcher oder Braune Zwerge. Sie aber müsste es dann aber auch in der Milchstraße geben, und sie müssten häufig Gravitatonslinseneffekte auslösen, die man so nicht beobachtet.
   
• Der Gedanke, dass der Raum bevölkert ist von zahlreichen recht kompakte Objekten, die kleiner sind als Sterne, ist noch nicht völlig verworfen, allerdings ist unklar, wie sie entstanden sein könnten.
   
• Daher favorisiert man derzeit eine andere Art dunkler Materie: Teilchen, die sich in Wolken sammeln und in nahezu kreisförmigen Halos um die sichtbaren Scheiben galaktischer Materie schweben.
   
  Teilchen bekannter Art interagieren jedoch fast alle zu heftig und verklumpen zu sehr, als dass sie solche Halos formen könnten — mit Ausnahme von Neutrionos, aber die sind zu leicht, bewegen sich zu schnell und verklumpen zu wenig.

Was also ist jene unbekannte Dunkle Materie? Sie muss etwas bisher noch Unbekanntes sein.
 
Seit 1990 gab es etwa 25 unterschiedliche Ideen, die in Beobachtungsprojekte mündeten, mit dem Ziel, eine Antwort zu finden — bisher ohne jeden Erfolg.