AstrophysikDie dunkle Seite des Universums

Sie ist der Klebstoff, der unseren Kosmos zusammenhält: Die dunkle Materie. Doch wie erforscht man etwas, das unsichtbar ist? Der Astrophysiker Volker Springel weiß es. von Ralf Nestler

spiralgalaxien werden von dunkler materie zusammengehalten

Kosmisches Karussell: Dass Spiralgalaxien keine Sterne verlieren, verdanken sie wahrscheinlich der dunklen Materie  |  © Hubble Heritage Team, Nasa, Esa

Auf den ersten Blick könnte man ihn für verrückt halten: Volker Springel erforscht nämlich Dinge, die er noch nie gesehen hat. Dinge, die bisher auch niemand anderes gesehen hat. Doch es gibt immer mehr Hinweise dafür, dass es die unsichtbaren Dinge wirklich gibt und sie überall um uns herum sind: in jedem Raum, jeder Stadt, jedem Planeten, dem ganzen Universum.

Ohne die dunkle Materie würde das Universum völlig anders aussehen

Volker Springel, Astrophysiker

Springel erforscht die dunkle Materie. Den Theorien der meisten Astrophysiker zufolge halten diese unsichtbaren Teilchen den Kosmos wie eine Art Leim zusammen. Der 38-jährige Forscher vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching hat wichtige Indizien für die Existenz des kosmischen Klebers zusammengetragen und wurde dafür bereits mit der Otto-Hahn-Medaille der Max-Planck-Gesellschaft und dem Heinz-Maier-Leibnitz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft ausgezeichnet. Am vergangenen Freitag wurde ihm nun in Berlin der mit 100.000 Euro dotierte Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis für Physik verliehen.

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"Ohne die dunkle Materie würde das Universum völlig anders aussehen“, sagt er. Die Spiralgalaxien zum Beispiel, die sich wie riesige Karussells um die eigene Achse drehen, würden am Rand ausfransen und ständig Sterne ins Nirvana katapultieren, weil die Gravitationskraft der sichtbaren Materie allein zu schwach ist.

"Erst wenn man die dunkle Materie mit ihrer Anziehungskraft hinzunimmt, sind solche kompakten Gebilde möglich, wie wir sie mit unseren Teleskopen beobachten", sagt Springel. Damit die Sterne nicht vom Karussell fliegen, muss es rund sechsmal mehr dunkle Materie als sichtbare Materie geben, zeigen jüngste Berechnungen der Garchinger Forscher.

Springel und seine Kollegen ließen dazu das Universum noch mal von vorn beginnen. Auf einem Großrechner starteten sie eine Simulation im Jahr 380.000 nach dem Urknall – jener Zeit, in der das All durchsichtig wurde und erstmals Lichtwellen frei durch den Raum jagten. "Damals war die Materie nahezu perfekt gleichmäßig verteilt, wie ein spiegelglatter See mit einigen kleinen Wellen", erläutert der Forscher.

Leserkommentare
  1. Der Begriff "dunkle Materie" heißt wörtlich übersetzt "wir wissen nicht, was es ist". Alles, was wir wissen, ist, dass die Newtonsche Gravitationstheorie im Universum sehr schlecht funktioniert. Es hat schon den Versuch gegeben, die Newtonsche Gravitationstheorie zu modifizieren (MOND), aber das, was da in den 80ern gemacht wurde, hat letztlich auch nicht funktioniert. Einfach überall dort, wo die Theorie nicht taugt, dunkle Materie oder dunkle Energie hinzuzufügen, bis es passt, ist IMHO reiner Hokuspokus. Man lenkt von dem katastrophalen Versagen der Theorie ab - man ist um eine Größenordnung daneben.

    Wobei bei näherer Betrachtung das alles noch schlimmer ist: Dieser "Faktor 6", den man da angibt, bezieht sich *nicht* auf die Diskrepanz zwischen sichtbarer Materie und Wechselwirkung. Er bezieht sich auf den qualitativen Verlauf der Rotationskurven, den man bei unbekanntem Verhältnis zwischen Masse und Leuchtkraft errechnet, und der beobachteten Kurve - wobei das Hinzufügen dunkler Materie gewissen Regeln unterliegt. Berücksichtigte man die eigentlich bekannten Zusammenhänge zwischen Masse und Leuchtkraft etwa von Sternen, bekäme man noch eine weitere Diskrepanz in ähnlicher Größenordnung.

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    • PGMN
    • 16. November 2009 16:03 Uhr

    ... wie der Amerikaner sagen würde.

    Leider kam es nicht im Artikel zur Sprache, aber die Rotationskurven von Galaxien sind nicht das einzige Indiz für die Existenz der dunklen Materie. Vielmehr wurde die dunkle Materie zunächst aus der sog. Friedmann-Gleichung abgeleitet. Es zeigt sich, dass nach allem momentanen Verständnis der Gravitation ein substanzieller Anteil an dunkler Materie im Universum vorhanden sein muss, da andernfalls die Geometrie des Universums nicht mit den Beobachtungen in Einklang zu bringen ist. Gleichzeitig benötigt man zwar auch noch eine "dunkle" Vakuumenergie, die der Gravitation der dunklen Materie entgegenwirkt, um wiederum andere Beobachtungen zu beachten, aber im allgemeinen ergibt sich ein konsistentes Bild. Es mag zwar sein, dass unser momentanes Verständnis des Gravitationsfeldes unvollständig ist, da es darauf aber derzeit keinen Anhaltspunkt gibt, sprechen die Indizien eindeutig für die Existenz der DM.
    Dass wir momentan einfach nicht wissen, was die DM eigentlich ist, liegt an, so sie denn existiert, der Tatsache, dass sie außer durch ihre Gravitation wohl nur schwach wechselwirkt (WIMPs).
    Ich dachte früher übrige

    Natürlich wissen wir nicht, woraus diese rätselhafte "dunkle Materie" eigentlich besteht, wenn sie existiert, aber das ist nicht der einzige Grund, warum sie so heißt.
    Insbesondere sendet sie kein Licht aus. Sie absorbiert allerdings auch keines, weshalb sie eher "ideal durchsichtig" als dunkel ist. völlig unsichtbar ist sie im Grunde auch nicht, denn sie beugt Licht, und zwar aufgrund ihrer Gravitation. Das nennt man den Gravitationslinseneffekt.

    • PGMN
    • 16. November 2009 16:03 Uhr

    ... wie der Amerikaner sagen würde.

    Leider kam es nicht im Artikel zur Sprache, aber die Rotationskurven von Galaxien sind nicht das einzige Indiz für die Existenz der dunklen Materie. Vielmehr wurde die dunkle Materie zunächst aus der sog. Friedmann-Gleichung abgeleitet. Es zeigt sich, dass nach allem momentanen Verständnis der Gravitation ein substanzieller Anteil an dunkler Materie im Universum vorhanden sein muss, da andernfalls die Geometrie des Universums nicht mit den Beobachtungen in Einklang zu bringen ist. Gleichzeitig benötigt man zwar auch noch eine "dunkle" Vakuumenergie, die der Gravitation der dunklen Materie entgegenwirkt, um wiederum andere Beobachtungen zu beachten, aber im allgemeinen ergibt sich ein konsistentes Bild. Es mag zwar sein, dass unser momentanes Verständnis des Gravitationsfeldes unvollständig ist, da es darauf aber derzeit keinen Anhaltspunkt gibt, sprechen die Indizien eindeutig für die Existenz der DM.
    Dass wir momentan einfach nicht wissen, was die DM eigentlich ist, liegt an, so sie denn existiert, der Tatsache, dass sie außer durch ihre Gravitation wohl nur schwach wechselwirkt (WIMPs).
    Ich dachte früher übrige

    Antwort auf "Hokuspokus"
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    • PGMN
    • 16. November 2009 16:09 Uhr

    Hmm, da habe ich versehentlich auf "abschicken" gedrückt.

    Hier der Rest:
    Ich habe früher übrigens auch so wie Sie gedacht, bis ich mir die entsprechenden Theorien selbst zu Gemüte geführt und gesehen habe, dass die Sache doch eher Wissenschaft als Hokuspokus ist. Zwar wissen wir nicht, was die dunkle Materie eigentlich ist, aber in der Wissenschaft ist das per se ja noch kein KO-Kriterium, vielmehr zeigt es nur, wo noch Arbeit zu tun ist. Und sollte die Annahme der DM falsch sein, so wird sie, sobald sie akonto gegenläufiger Beobachtungen nicht weiter haltbar ist, den Weg aller falscher Annahmen gehen: Weg aus den Lehrbüchern und hinein in die Geschichtsbücher.

    • PGMN
    • 16. November 2009 16:09 Uhr

    Hmm, da habe ich versehentlich auf "abschicken" gedrückt.

    Hier der Rest:
    Ich habe früher übrigens auch so wie Sie gedacht, bis ich mir die entsprechenden Theorien selbst zu Gemüte geführt und gesehen habe, dass die Sache doch eher Wissenschaft als Hokuspokus ist. Zwar wissen wir nicht, was die dunkle Materie eigentlich ist, aber in der Wissenschaft ist das per se ja noch kein KO-Kriterium, vielmehr zeigt es nur, wo noch Arbeit zu tun ist. Und sollte die Annahme der DM falsch sein, so wird sie, sobald sie akonto gegenläufiger Beobachtungen nicht weiter haltbar ist, den Weg aller falscher Annahmen gehen: Weg aus den Lehrbüchern und hinein in die Geschichtsbücher.

    Antwort auf "æDude..."
  2. Natürlich wissen wir nicht, woraus diese rätselhafte "dunkle Materie" eigentlich besteht, wenn sie existiert, aber das ist nicht der einzige Grund, warum sie so heißt.
    Insbesondere sendet sie kein Licht aus. Sie absorbiert allerdings auch keines, weshalb sie eher "ideal durchsichtig" als dunkel ist. völlig unsichtbar ist sie im Grunde auch nicht, denn sie beugt Licht, und zwar aufgrund ihrer Gravitation. Das nennt man den Gravitationslinseneffekt.

    Antwort auf "Hokuspokus"

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