In der Kosmologie bezeichnet Dunkle Materie die nicht optisch beobachtbare Materie im Universum, deren Existenz durch die Beobachtung der Galaxienrotation, der Bewegung der Kugelsternhaufen und der Dynamik der Galaxienhaufen nahegelegt wird.
Entdeckung
Als erster beobachtete Fritz Zwicky 1933, dass der Coma-Haufen (ein Galaxienhaufen, bestehend aus 800 Einzelgalaxien, mit großer Streuung der Einzelgeschwindigkeiten und einer mittleren Entfernungsgeschwindigkeit von uns von 7.500 km/s) nicht durch die Gravitationswirkung seiner sichtbaren Bestandteile (im wesentlichen der Sterne der Galaxien) zusammengehalten wird. Er stellte fest, dass das 400-fache der sichtbaren Masse notwendig ist, um den Haufen gravitativ zusammenzuhalten. Seine Hypothese, dass diese fehlende Masse in Form dunkler Materie vorliege, stieß in der Fachwelt auf breite Ablehnung.
Die Analyse der Umlaufgeschwindigkeiten von Sternen in Spiralgalaxien durch Vera Rubin seit 1960 zeigte erneut die Problematik auf. Seitdem wurde die dunkle Materie ernstgenommen und aufgrund detaillierter Beobachtungen in fast allen großen astronomischen Systemen vermutet.
Mit der Durchführung von großräumigen Durchmusterungen von Galaxienhaufen und Galaxiensuperhaufen wurde zusätzlich deutlich, dass diese Konzentration an Materie nicht allein durch die sichtbare Materie bewerkstelligt werden konnte, da diese einfach zu wenig war, um durch Gravitation die Dichtekontraste zu erzeugen. So hatte man einen weiteren Hinweis auf zusätzliche, nichtleuchtende Materie.
Nach neuesten Erkenntnissen nimmt man nun an, dass das Universum zu etwa 73% aus Dunkler Energie, zu 23% aus Dunkler Materie, zu rund 4% aus "gewöhnlicher Materie" (z.B. Atomen) und zu 0,3% aus Neutrinos besteht. Die "gewöhnliche Materie" unterteilt sich dabei in selbstleuchtende (wie Sonnen) und nicht selbstleuchtende Komponenten (wie Planeten). Der Anteil der selbstleuchtenden Komponenten nimmt dabei nur etwa 1/10 der "gewöhnlichen Materie" ein. Zusätzlich muß erwähnt werden, dass der Begriff "Materie" so gedeutet werden muß, dass man davon ausgeht, eine Form von Materie sei für die festgestellte Gravitationskraft verantwortlich. "Dunkel" bedeutet, dass diese Materie außer der erwähnten Gravitationskraft keine andere Wechselwirkung mit der uns bekannten Materie zeigt.
Formen der dunklen Materie
Folgende Möglichkeiten für Dunkle Materie werden zur Zeit untersucht.
Baryonische dunkle Materie
Das heißt, normale, aus Baryonen aufgebaute Himmelskörper, die den bisherigen astronomischen Beobachtungen entgangen sind, zum Beispiel MACHOs (Massive Compact Halo Objects, dt. Massive kompakte Halo-Objekte).
Theorien, die von der Existenz von MACHOs ausgehen, stehen in teilweisem Widerspruch zur Theorie des Urknall. Daher geht man heute davon aus, dass MACHOs nur einen kleinen Teil der dunklen Materie ausmachen.
Kalte dunkle Materie
Diese Variante umfasst noch unbeobachtete Elementarteilchen, die nur der Gravitation und der schwachen Wechselwirkung unterliegen, die sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, dt. Schwach wechselwirkende massive Teilchen). Dabei ist derzeit das leichteste Teilchen aus der Theorie der Supersymmetrie, das Neutralino, im Gespräch. Aber der Nachweis dieses und anderer Kandidaten steht bisher noch aus.
Auf WIMPs basierende Theorien sind nicht zufriedenstellend, da unklar ist, wie diese schwach wechselwirkenden Teilchen es schaffen, an die Galaxien gebunden zu bleiben, und nicht zu entweichen.
Heiße dunkle Materie
Neutrinos, sofern es sich bestätigt, das sie nicht masselos sind, wären die naheliegenden Kandidaten für heiße dunkle Materie. Heiße dunkle Materie kann durch die Art ihrer Verteilung nicht die Beobachtungen erklären, somit kann sie allenfalls einen kleinen Teil der gesamten dunklen Materie ausmachen.
Alternative Erklärungsversuche
Alle obigen Erklärungsansätze nehmen implizit an, dass die Gravitation dem Newtonschen Gravitationsgesetz bzw. der allgemeinen Relativitätstheorie gehorcht.
Die MOND-Hypothese (Modifizierte Newtonsche Dynamik) wird von einer Minderheit von Astronomen als Alternative zur Dunklen Materie vorgeschlagen. In ihr wird postuliert, dass die Äquivalenz von träger Masse und schwerer Masse bei extrem kleinen Beschleunigungen nicht mehr gelte.
Multimedialinks
- Real Video Streams: (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)