Dunkle Materie ist eine unsichtbare Art von Materie, von der angenommen wird, dass sie den Großteil aller Materie im Universum ausmacht. Es hat Masse, kann aber nicht gesehen werden und interagiert nicht mit gewöhnlicher Materie.
Wie viel dunkle Materie gibt es?
Gemäß unserem Standardmodell der Kosmologie macht dunkle Materie 85 Prozent der gesamten Materie im Universum und 27 Prozent der gesamten Masse-Energie des Universums aus.
Wer entdeckte Dunkle Materie?
1933 untersuchte der Schweizer Astronom Fritz Zwicky die Bewegung von Galaxien im Coma-Haufen und verglich die darin enthaltene Masse mit der Umlaufgeschwindigkeit der einzelnen Galaxien. Was er erwartete, war, dass die Menge an Schwerkraft, die Galaxien in die Zentren des Haufens zieht, erklären würde, wie schnell sie umkreisen.
Stellen Sie sich einen Kometen vor, der an der Sonne vorbeifliegt. Wie stark sich die Bahn des Kometen zur Sonne neigt, hängt von zwei Dingen ab:wie schnell er reist und wie stark die Schwerkraft der Sonne ist. Wenn die Schwerkraft stark genug ist, wird der Komet in einer Umlaufbahn gefangen; wenn nicht oder wenn er zu schnell fliegt, schießt der Komet ins All.
Was Zwicky herausfand, war, dass sich die Galaxien an den äußeren Rändern des Haufens viel zu schnell bewegten, als dass die Schwerkraft sie in einer Umlaufbahn halten könnte. Was könnte sie also dort halten?
Die Schätzung der Anzahl und Helligkeit der Galaxien im Haufen lieferte Zwicky eine Annäherung an die Masse, die er zur Berechnung der Gravitation verwendete. Da seine Schätzung zu klein war, vermutete er, dass es Masse geben muss, die er nicht sehen kann. Er nannte dies dunkle Materie , oder 'dunkle Materie'.
Diese dunkle Materie müsste einige seltsame Eigenschaften haben. Es hat Masse, also hat es eine Gravitationskraft. Aber wir können es nicht sehen, was bedeutet, dass es kein Licht abgibt oder reflektiert.
Welche anderen Beweise gibt es für dunkle Materie?
Etwa 3,8 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet sich ein Paar kollidierender Galaxienhaufen. Der kleinere der beiden, bekannt als Bullet Cluster, bahnt sich seinen Weg durch den größeren.
Im Bild oben sind die Galaxien, aus denen die Haufen bestehen, in Orange und Weiß dargestellt, und das heiße Gas der Haufen, das Röntgenstrahlen aussendet, ist in Rosa dargestellt. Diese bilden die „normale“ Materie in den Galaxienhaufen.
Die blauen Bereiche des Bildes an den äußeren Rändern machen den Großteil der Masse in den Haufen aus. Diese Masse wurde dank eines Effekts entdeckt, der als Gravitationslinseneffekt bekannt ist.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt uns, dass die Raumzeit selbst durch Masse verzerrt wird, was ein Effekt ist, den wir als Gravitation sehen. Alles im Universum wird davon beeinflusst – sogar Licht. Auch wenn wir die Materie selbst nicht sehen können, können wir also sehen, wie sich das Licht in seiner Gegenwart krümmt.
Die meiste Materie in diesen kollidierenden Haufen sind also weder Galaxien noch heißes Gas, sondern etwas mit einer Masse, die wir nicht sehen können.
Der Bullet Cluster gibt uns Einblick in einen weiteren Aspekt der Dunklen Materie. Die dunkle Materie ist nach der Kollision viel weiter gereist als das heiße Gas und befindet sich nun am Rande des Haufens. Während das heiße Gas während der Kollision eine Widerstandskraft wie Luftwiderstand verspürte, war dies bei der Dunklen Materie nicht der Fall. Das bedeutet, dass es weder mit sich selbst noch mit normaler Materie interagiert – es sei denn durch die Schwerkraft.
Woraus besteht dunkle Materie?
Trotz seines Namens kann es nicht einfach aus toten Sternen, Gas und Staub bestehen. Dunkle Materie muss aus etwas Exotischerem als gewöhnlichen atomaren Teilchen bestehen, um sicherzustellen, dass der Urknall ein Universum hervorbringt, das dem, das wir sehen, chemisch ähnlich ist.
Solche Beobachtungsbeschränkungen haben Theoretiker gezwungen, sich auf eine Handvoll Kandidaten für Dunkle Materie zu konzentrieren.
Zu den Hauptkonkurrenten zählen sogenannte schwach wechselwirkende massive Teilchen ('WIMPs') und Gravitinos, deren Existenz von Theorien vorhergesagt wird, die darauf abzielen, alle grundlegenden Kräfte und Teilchen der Natur zu vereinen, und Axionen, deren Existenz von Theorien zur Funktionsweise von Atomkernen vorhergesagt wird zusammen. Experimente, die derzeit am Large Hadron Collider durchgeführt werden, könnten bald die Wahrheit enthüllen. - Alexandra Franklin-Cheung
Lesen Sie mehr über alternative Erklärungen für dunkle Materie:
- Geistersterne:Die radikale Theorie, die das Geheimnis der Dunklen Materie lösen könnte
- Schwarze Löcher und das Multiversum könnten für die gesamte dunkle Materie verantwortlich sein, behaupten Astronomen
- Könnte „dunkle Materie“ einfach tote Sterne und Planeten sein, die in den Tiefen des Weltraums schweben?