Dunkle Materie

Dunkle Materie ist eine hypothetische Materieform, die nicht mit elektromagnetischer Strahlung wechselwirkt, sie leuchtet nicht, absorbiert kein Licht und ist für Teleskope unsichtbar. Ihre Existenz wird aus gravitativen Effekten erschlossen: Galaxien rotieren schneller, als die sichtbare Masse erklären kann, und Galaxienhaufen verbiegen Licht stärker, als sie dürften. Dunkle Materie macht nach aktuellem Modell etwa 27 % der Gesamtenergie des Universums aus, gegenüber nur 5 % gewöhnlicher Materie.

Trotz Jahrzehnten der Suche mit Teilchendetektoren im Untergrund, am Large Hadron Collider und durch Satellitenmissionen wurde Dunkle Materie noch nie direkt nachgewiesen. Ihre genaue Natur bleibt eines der größten ungelösten Probleme der Physik.

Blake Crouchs Bestseller Dark Matter (2016) nutzt den Begriff als Aufhänger für eine Multiversums-Geschichte, in der ein Physiker in Parallelwelten entführt wird. John Gribbin beschreibt in The Alice Encounter eine Spezies, die aus Dunkler Materie besteht. In Videospielen und Space Operas wird Dunkle Materie häufig als exotische Energiequelle oder Treibstoff eingesetzt.

Die Vorstellung, dass 85 % aller Materie unsichtbar und unbekannt ist, hat ein enormes narratives Potential: ganze Zivilisationen, die in einem parallelen Materiesektor existieren, unsichtbar und unerreichbar, aber gravitativ spürbar.

Die Suche nach dem Dunkle-Materie-Kandidaten WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) war über Jahrzehnte das dominante Forschungsprogramm. Detektoren tief unter der Erde, abgeschirmt von kosmischer Strahlung, warteten auf das seltene Ereignis, bei dem ein WIMP mit einem normalen Atomkern reagiert. Keiner der Detektoren, etwa LUX oder PandaX, hat bislang eine eindeutige Detektion geliefert. Das schließt WIMPs nicht aus, aber es engt den erlaubten Parameterraum erheblich ein.

Alternative Kandidaten rücken dadurch in den Vordergrund: Axionen, ultraleichte Teilchen, die ursprünglich zur Lösung eines anderen Problems in der Teilchenphysik vorgeschlagen wurden. Oder primordale Schwarze Löcher, die kurz nach dem Urknall entstanden sein könnten und einen Teil der dunklen Materie ausmachen. Der LIGO-Detektor sucht indirekt nach solchen primordialen Schwarzen Löchern über Gravitationswellensignale.

Es gibt auch Theorien, die Dunkle Materie ganz ablehnen. MOND (Modified Newtonian Dynamics), entwickelt von Mordehai Milgrom, erklärt die Rotationskurven von Galaxien durch eine Modifikation der Newtonschen Physik bei sehr kleinen Beschleunigungen. MOND hat einzelne Erfolge, scheitert aber an anderen Beobachtungen wie dem Bulletcluster, bei dem Röntgenstrahlung und Gravitationslinseneffekte auf getrennte Massen-Zentren hinweisen. Auf eine endgültige Lösung des Rätsels wartet die Physik noch.