Das größte Rätsel des Kosmos
„Wir wissen nicht, was Dunkle Materie ist, und es gibt keine Theorie, die sie erklärt.“ Die Deutlichkeit, mit der der Astrophysiker Jorge Sánchez sich auf dieses Informations-Schwarze Loch bezieht, ist nicht unbegründet. Mit einem Anteil von fast 85 % am Kosmos hat sich diese mysteriöse Materie zu einem der bestgehüteten Geheimnisse des Universums entwickelt. Die Antwort auf diese Frage könnte jedoch in den kleinsten Galaxien liegen. Kein Wunder also, dass eine Gruppe von Forschern der Kanarischen Inseln eine dieser Zwerggalaxien genutzt hat, um eine neue Theorie darüber aufzustellen, wie sich die Dunkle Materie im Raum verteilt. Eine neue Erklärung, die mit den Beobachtungen übereinstimmt und laut Sánchez dabei helfen könnte, zu enthüllen, was sich genau in der Dunkelheit verbirgt.
Das Standardmodell und seine Grenzen
Die Prämisse, von der diese Forschungsgruppe ausgeht – die ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ veröffentlicht – ist, dass die einzige Möglichkeit, Dunkle Materie zu erfassen, über ihre Wechselwirkungen mit dem restlichen Medium besteht. „Bisher besagt das Standardmodell – das am weitesten akzeptierte –, dass die einzige Wechselwirkung zwischen Galaxien und Dunkler Materie die Schwerkraft ist und dass es eben diese Wechselwirkung ist, die die Dunkle Materie verteilt“, erklärt Sánchez. Folglich schließt diese Erklärung, dass „die Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, nicht miteinander kommunizieren.“ Mit anderen Worten: Dunkle Materie lebt isoliert von sich selbst, verteilt sich aber abhängig von den sie umgebenden Sternen.
Zwerggalaxien als kosmische Laboratorien
Diese Theorie hat es ermöglicht, viele der Umstände im Zusammenhang mit der Dunklen Materie zu entschlüsseln, ist aber an der Realität gescheitert. „Diese Theorie sagt voraus, dass die Prozesse der Materie in den Zentren der Galaxie – Supernova-Explosionen, Gasbewegungen und andere Arten von kosmischen Phänomenen – energiereich genug sind, um durch die Schwerkraft die Dunkle Materie neu zu verteilen“, so Sánchez. Diese Theorie – die, wie Sánchez betont, nur eine Annäherung ist – kann jedoch nicht erklären, was in sehr kleinen Galaxien geschieht. „Es gibt so wenige Sterne und gewöhnliche Materie in ihrem Zentrum, dass es unmöglich ist, dass sie irgendeine Wirkung auf die Dunkle Materie haben könnten.“
Diese Galaxien, die kaum ein paar tausend Sterne enthalten, werden von Dunkler Materie dominiert und haben sehr einfache Entwicklungsgeschichten. Das macht sie zu idealen kosmischen Laboratorien, um Theorien über die Physik der Dunklen Materie zu testen. „Es musste eine weitere Wechselwirkung jenseits der Schwerkraft geben, auch wenn sie sehr schwach war“, erklärt Sánchez.
Eine seltene Kollision genügt
Die kürzlich veröffentlichte Studie zeigt, dass extrem seltene Wechselwirkungen zwischen Teilchen der Dunklen Materie auf natürliche Weise die beobachteten zentralen Strukturen – oder „Kerne“ – erzeugen können. Formationen, die traditionelle Modelle der Dunklen Materie ohne Kollisionen nicht leicht reproduzieren können. „Alle Teilchen, einschließlich derer der Dunklen Materie, müssen irgendwann über Kräfte interagieren, die über die Schwerkraft hinausgehen. Unsere Studie zeigt, dass selbst extrem seltene Wechselwirkungen in den kleinsten Galaxien beobachtbare Spuren hinterlassen können“, fügt er hinzu.
Seine Erklärung geht davon aus, dass eine einzige Kollision zwischen Teilchen der Dunklen Materie alle 10 Milliarden Jahre – etwa das Alter des Universums – ausreicht, um die in diesen winzigen Systemen beobachteten Kerne aus Dunkler Materie zu erklären.
Der erste Schritt zur Enträtselung
Trotz dieser Abweichungen der theoretischen Modelle der Dunklen Materie vom Standardmodell ist dieser Beitrag nicht wichtig wegen seines Potenzials, das Standardmodell zu ändern, „sondern weil er es uns ermöglichen kann, beobachtbare Größen zu finden, die uns etwas über die Natur der Dunklen Materie verraten.“ Mit anderen Worten: Der Beitrag dieser kanarischen Wissenschaftler ist der erste Schritt, um endlich eines der bestgehüteten Geheimnisse des Kosmos zu entschlüsseln.
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