Seit vielen Jahrzehnten sind Physikerinnen und Physiker auf der Suche nach der
geheimnisvollen Dunklen Materie. Schon in den 1930er Jahren rätselten Astronominnen und Astronomen über einen merkwürdigen
Befund: Galaxien hielten zusammen, obwohl sie eigentlich auseinanderfliegen sollten. Neben den
sichtbaren Himmelsobjekten – Sterne, Planeten und Gas- und Staubwolken – muss es also eine Art
unsichtbare Materie geben, deren Schwerkraft die Galaxien zusammenhält. Doch was ist diese ominöse
Dunkle Materie, ohne die die Entstehung von Galaxien und Galaxienhaufen im Laufe der Entwicklung des
Universums kaum zu erklären ist? Könnte sie aus noch unentdeckten, ultraleichten oder extrem schweren
Elementarteilchen bestehen? Und hängen Schwarze Löcher mit diesem Phänomen zusammen? Auf der ganzen Welt
wird danach gesucht, und eine neue Generation von Experimenten könnte das Rätsel der Dunklen Materie
bald endgültig lösen.
Rotationsgeschwindigkeit
In den 1970er Jahren beobachteten Forschende, dass Sterne in den Außenbezirken
einer Galaxie so schnell kreisen, dass sie eigentlich herauskatapultiert werden müssten, wenn man
die Schwerkraft der Galaxie über die sichtbare Materie bestimmt. Ihre Schlussfolgerung war, dass
eine Art von unsichtbarer, „dunkler“ Materie mit ihrer zusätzlichen Schwerkraft die Sterne auf ihren
Bahnen halten muss. Das hat beispielsweise verhindert, dass unsere Milchstraße vor langer Zeit
auseinander gedriftet ist.
Die seltsamste Substanz im Universum: Dunkle Materie kommt im Kosmos mehr als
fünfmal häufiger vor als die uns bekannte Materie. Sie interagiert höchstens extrem schwach mit
elektromagnetischer Strahlung wie Licht und ist daher unsichtbar.
Temperaturschwankungen
Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand 380 000 Jahre nach dem Urknall und
wabert noch immer durch das Universum. Kleine Schwankungen in der Temperatur dieser Strahlung, wie sie der europäische
„Planck“-Satellit gemessen hat, dienten als Ursprung für zukünftige Strukturen wie Galaxienhaufen.
Die Verteilung dieser winzigen Fluktuationen deutet darauf hin, dass die Dunkle Materie bereits
existierte, bevor sich überhaupt Galaxien bildeten.
© ESA/Planck Collaboration
Der Gravitationslinseneffekt
Ein weiterer Beweis für die Existenz der Dunklen Materie ist ein Phänomen, das
Gravitationslinseneffekt genannt wird. Das Licht entfernter Galaxien wird von der Raumkrümmung durch
die zusätzliche Masse der Dunklen Materie viel stärker abgelenkt als man es ohne die Dunkle Materie
erwartet.
