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Mysteriöse Substanz im Universum: 6 Theorien, die für Dunkle Materie sprechen

Ohne Dunkle Materie wäre unser Universum nicht das, was es heute ist. (Symbolbild)
Ohne Dunkle Materie wäre unser Universum nicht das, was es heute ist. (Symbolbild)
Foto: iStock/leolintang
Forscher sind sich schon lange sicher, dass das Universum mehr beherbergt, als uns bewusst. Darunter soll sich auch Dunkle Materie befinden. Doch einen Beweis gab es bislang nicht.

Sterne, Planeten und auch wir Menschen sind Teil des Universums. Diese Dinge fallen in die Kategorie "normale" Materie. Doch das kann noch lange nicht alles sein. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es noch eine andere Form von Materie geben muss. Sie soll für das menschliche Auge und auch Teleskope nicht sichtbar sein: die Dunkle Materie.

Dunkle Materie im Universum

Dunkle Materie ist so mysteriös wie es der Begriff schon annehmen lässt. Handelt es sich dabei um ein Elementarteilchen? Oder steckt doch etwas anderes dahinter? Bislang konnten Forscher für ihre Existenz keinen Beweis finden. Doch nun könnten sechs Erklärungen Aufschluss darüber geben, ob sie sich wirklich im Universum befindet.

#1 Gewöhnliche Materie hält sich versteckt

In den 1970er Jahren entdeckten Astronomen, dass im Weltall Materie fehlt. Sie gingen davon aus, dass einfach noch nicht jede gewöhnliche Materie aufgespürt wurde. Es gibt verschiedene Gründe, die vermuten lassen, dass nicht jede gewöhnliche Materie entdeckt wird. Kalte Gas- oder Staubwolken im Universum, die keine Infrarotstrahlung aussenden. Oder auch erkaltete Braune Riesen, die aus Atomen und bekannten Elementarteilchen bestehen, die aber zu dunkel sind, um mit dem Teleskop aufgespürt zu werden.

Doch all diese Faktoren sind nicht ausreichend, um die Masse im Universum mit nicht entdeckter gewöhnlicher Materie zu erklären. Daher gehen Forscher davon aus, dass es so etwas wie Dunkle Materie geben muss.

#2 Die Theorie der WIMPs im All

Im Universum befindet sich etwas, das sich Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) nennt. Sie treten mit normaler Materie über die Schwerkraft und eine schwache Wechselwirkung in Kontakt. Dafür reagieren sie aber weder auf Licht oder andere elektromagnetische Strahlung. Für viele Forscher ist dies ein Hinweis auf Dunkle Materie.

WIMPs könnten mit dem masselosen Geisterteilchen, dem Neutrino, zusammenhängen. Sie könnten durch die Erde fliegen, ohne dass sie mit Materie interagieren. Nachweisen könnte man WIMPs nur, wenn sie mit Atomkernen auf der Erde zusammentreffen. Doch bislang konnten sie auch nicht nachgewiesen werden, obwohl einige Forscher sich nur mit diesen Teilchen befassen.

Eine weitere Theorie besagt, dass es WIMPs im All gab, die sich in Super-WIMPs verändert haben. Mit ihnen findet keine Interaktion mit normaler Materie statt. Laut dieser These ließen sich Super-WIMPs nur noch im Weltraum nachweisen.

#3 Axionen

Axionen sollen milliardenfach leichte Elektronen sein. Daher sollten sie häufig vorkommen. Dabei kann es sich um ein Elementarteilchen handeln oder um einen ganzen Haufen an unbekannten Teilchen. Sie sind Bestandteil der Teilchenphysik. Sie helfen vor allem bei der Erklärung, warum unser Universum gewöhnliche Materie enthält, aber keine Antimaterie. Sie spielen eine Schlüsselrolle in theoretischen Modellen und erklären das Ungleichgewicht im Kosmos nach dem Urknall. Durch Detektoren ließen sich Axionen bislang nicht nachweisen. Trotzdem wird die Suche nach ihnen weiterhin fortgeführt.

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#4 Heiße Dunkle Materie

Eine weitere Erklärung könnte sogenannte heiße Dunkle Materie sein. Das sind Teilchen, die extrem schnell unterwegs sind. Es soll sich dabei um neutrinoähnliche Teile handeln, die aber nicht mit WIMPs oder Axionen zu verwechseln sind. Die drei Arten von Neutrinos, die bislang bekannt sind, sind aber nicht ausreichend, um Dunkle Materie zu erklären. Zudem können diese Teilchen auch nur einen kleinen Teil der Dunklen Materie ausmachen, da sie sich nicht auf eine Region konzentrieren können, sondern auseinanderdriften würden.

#5 Sterile Neutrinos

Sie sollen schwerer sein als normale Neutrinos. Doch auch sie sind hypothetisch und daher variiert die Masse je nach Modell. Sterile Neutrinos sollen mit gewöhnlicher Materie nur über Schwerkraft in Verbindung treten. So soll nachgewiesen worden sein, dass sich bekannte Neutrinos bei Oszillationen in sterile Neutrinos verwandeln. Auf diese Weise sollen sie einfach verschwinden. Diesen Prozess weist erst ein Experiment nach, daher sollte es mit Vorsicht als Begründung für Dunkle Materie genossen werden.

#6 Angepasste Gravitationstheorien

Einige Theorien gehen davon aus, dass die Schwerkraft im All anders ist als auf der Erde. Würde man dieser Annahme zustimmen, könnten die Messfehler, die durch Dunkle Materie erklärt werden, aufgelöst werden. Doch es ist nicht ganz einfach, Einsteins Relativitätstheorie zu widerlegen. Eine neue Gravitationstheorie müsste sich mit Einsteins Theorie messen. Zudem müsste auch eine Erklärung her, welche Effekte Dunkle Materie dabei auslöst. Bislang konnte keine modifizierte Gravitationstheorie an dieser Stelle ansetzen.

Fazit: Dunkle Materie existiert zumindest in der Theorie

Viele dieser Erklärungen beruhen auf Teilchen, die bislang nicht gefunden werden konnten. Trotzdem halten viele Forscher an der Existenz von Dunkler Materie fest. Die Experimente auf der Spur dieser mysteriösen Substanz waren zwar oftmals erfolglos, hindert Wissenschaftler aber nicht daran, weiterhin nach Beweisen zu suchen. Das Weltall ohne Dunkle Materie wäre übrigens unser Ende. Tod durch Dunkle Materie konnte bislang nicht nachgewiesen werden.