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Dunkle Materie und die dunkle Seite des Universums
Der größte Teil der Materie ist unsichtbar und bleibt bislang weithin unverstanden
von Roland Wozniak, erschienen im "Freien Wort" am 9. 5. 2008
Sonneberg -
Die Plätze im Vortragssaal des Astronomiemuseums an der Sternwarte Sonneberg waren restlos gefüllt. „Die meiste Materie im Universum sendet kein Licht aus. Daher ist sie unsichtbar und heißt Dunkle Materie. Erste Hinweise auf ihre Existenz gewann vor siebzig Jahren Fritz Zwicky aus seiner Analyse der Dynamik von Galaxienhaufen.“, erklärt Prof. Lotze. Zwicky war einer der produktivsten Astronomen des 20. Jahrhunderts. Er ging davon aus, dass man die Lichtablenkung im Schwerefeld, nicht nur an der Sonne beobachten kann. Galaxien haben die Tendenz sich zu Galaxienhaufen zu formieren. Galaxien sind gravitationsgebundene Gebilde, es steht die Frage im Raum, wie viel Schwerkraft muss vorhanden sein, um diese Gebilde trotz der Ausdehnungsbewegung, zusammenzuhalten. Die Beobachtung und Zählung der sichtbaren Sterne, eine Galaxie besteht durchaus aus 100 Milliarden Sternen, ergab, die sichtbare Materie reicht nicht aus um solch Kräfte zu erzeugen. Aber wo kommt die Schwerkraft her, die nötig ist einen Galaxienhaufen zusammenzuhalten?
Aber selbst wenn man die Schwarzen Löcher, Sterne im Endstadium ihrer Existenz mithinzuzählt, reicht diese Materie bei weitem nicht aus um als Ursache für die vorhandenen Gravitationskräfte zu wirken. Selbst die Neutrinos, elektrisch neutrale fast masselose Teilchen, die selbst ungehindert unseren Erdball durchdringen können, reichen nicht aus um die Existenz der dunklen Materie zu erklären.
Derzeit setzen die Kosmologen ihre Hoffnung auf die Teilchenphysiker, dass diese mit neuen Teilchenbeschleunigern schwach wechselwirkende aber massereiche Teilchen finden. „Das ist aber noch eine Wunschvorstellung“, sagt Prof. Lotze, weiter erläutert der Kosmologe, „Von ganz anderer Art muss die Dunkle Energie sein, die für die beschleunigt verlaufende Expansion des Universums verantwortlich sein soll. Letztere wurde im letzten Jahrzehnt aus Entfernungsbestimmungen mit Hilfe von Supernovae geschlussfolgert.
Alles in allem macht die uns vertraute, aus Protonen, Neutronen und Elektronen aufgebaute Materie nur etwa vier Prozent aller Materie im Universum aus, und auch davon ist nicht alles sichtbar. Dass der weitaus größte Teil der, Materie nicht nur unsichtbar, sondern auch größtenteils unbekannt und unverstanden ist, wirft auch wissenschaftsmethodische und weltanschauliche Fragen auf." Abschließend zitierte der Professor den Autor, eines Liebesromans, „Wenn alles offen gelegt ist, wird uns nichts mehr vor der Langeweile der Gewissheit retten. Die Geheimnisse rechtfertigen die Welt“. Und der größte Teil der Welt ist ein Geheimnis.
Die Masse unserer Sonne entspricht dem 750fachen der Masse, aller sie umkreisenden Planeten zusammen. Nach den Keplerschen Rotationskurven nimmt die Geschwindigkeit der Objekte in einem Sonnensystem ab, je weiter man nach außen kommt. Die Spiralgalaxien zeigen ein ganz anderes Phänomen, dort bleibt die Geschwindigkeit in den Außenbereichen nahezu konstant. Wenn diese Geschwindigkeit mit wachsendem Abstand vom Zentrum nahezu konstant bleibt, muss nach außen zu auch die Masse wachsen, diese ist aber nicht zu sehen. Der Gravitationslinseneffekt ist schließlich der dritte Grund, die Existenz der Dunklen Materie zu postulieren. Er ist aber auch das Instrument, mit dem die Verteilung dieser ihrer Natur nach weitestgehend unbekannten Materieform erschlossen werden kann.
Vier Jahre nach Zwickys Tod im Jahre 1979, konnte dieser Gravitationslinseneffekt beobachtet werden und führte zur Bestätigung von Zwickys Vorhersage, dass man dieses Phänomen eines Tages beobachten wird. Durch die Schwerkraft bedingte Ablenkung des Lichtes in solchen Gravitationslinsen kommt es zu Mehrfachbildern, Bögen und Lichtkreisen von weit entfernten Objekten des Universums. Die Beobachtungen gehen in die Frühzeit des Universums. „Das Licht welches wir beobachten ist schon rund 12,5 Milliarden Jahre unterwegs", erklärt der Professor. Es geht um die Beobachtung von noch jungen Galaxien. Ab lesbar ist das Alter an der Rotverschiebung, „Je weiter das Licht entfernt ist, um so stärker kommt es zu einer Verschiebung ins Rot“, erläutert Lotze. Einen ähnlichen Effekt wie die Rotverschiebung gibt es in der Akustik, ein schnell vorbeifahrendes Fahrzeug mit Martinshorn lässt uns das Signal, je nach Entfernung in einer anderen Tonhöhe wahrnehmen. Die Existenz der dunklen Materie wird heute nicht mehr angezweifelt, aber woraus besteht diese? Da ist zum einen die baryonische Dunkelmaterie, sie besteht aus Protonen, Neutronen und Elektronen, so wie wir es auch noch aus der Schulphysik kennen. Die Planeten gehören zu jener Gruppe, aber auch so genannte braune Zwerge, Sonnen die nicht Wasserstoff zu Helium, sondern Deuterium verbrennen.