Kosmologen So lässt sich die mysteriöse Dunkle Materie finden

Forscher haben einen erfolgversprechenden Plan vorgestellt, wie Dunkle Materie nachgewiesen werden kann. Jetzt muss er nur noch umgesetzt werden. Wer das schafft, darf sich wohl über den Nobelpreis freuen.

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Dunkle Materie im Zentrum einer Galaxie: "Es ist beschämend"
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Dunkle Materie im Zentrum einer Galaxie: "Es ist beschämend"


Es sind genau drei fundamentale Dinge, die Carlos Frenk umtreiben. "Bevor ich sterbe, würde ich gern wissen, woher das Leben kommt, ob wir allein im All sind - und was es mit der Dunklen Materie auf sich hat", sagt der Kosmologe, der an der britischen University of Durham arbeitet. "Es ist beschämend, dass Astronomen am Anfang des 21. Jahrhunderts nach wie vor nicht wissen, woraus das Universum hauptsächlich besteht - und das, obwohl sie Milliarden von Dollar ausgeben." Zumindest der Antwort auf die dritte Frage könnte der hochdekorierte Wissenschaftler zusammen mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, wo ein Großteil der Arbeit stattgefunden hat, nun einen entscheidenden Schritt näher gekommen sein.

Nur rund vier Prozent des Universums bestehen aus uns bekannter Materie, der Rest sind Dunkle Materie und Dunkle Energie. Derjenige Wissenschaftler, der eine der mysteriösen Ingredienzien als erster erspäht, der kann sich des Nobelpreises wohl sicher sein. Die Wissenschaftler am Teilchenbeschleuniger LHC in Genf hätten gute Chancen - und vielleicht auch die Forscher hinter dem neuen Nasa-Teleskop "Fermi", das zum Start noch "Glast" hieß. Carlos Frenk sagt, er sei sich mittlerweile recht sicher, wie man es anstellen müsse: "Wir haben eine Blaupause zum Nachweis der Dunklen Materie erstellt."

Wichtig für die Suche sei eine einfache Prämisse: Dunkle Materie, so schreibt er zusammen mit seinen Kollegen in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Nature", ist nämlich gar nicht immer dunkel. "Unter bestimmten Bedingungen können die Teilchen der Dunklen Materie zusammenstoßen. Dann entsteht Gammastrahlung." Ein anderes internationales Forscherteam, das auf dem russischen Satelliten "Resurs-DK1" das Experiment "Pamela" ("Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-Nuclei Astrophysics") betreibt, sieht das übrigens ähnlich. Unlängst veröffentlichten die Wissenschaftler vorläufige Ergebnisse, nach denen sie die bei der Kollision ebenfalls entstehenden Positronen, also die Antiteilchen der Elektronen, bereits beobachtet haben.

Frenk und seine Kollegen wollen sich aber lieber auf die bei den Zusammenstößen entstehende Gammastrahlung konzentrieren. Denn obwohl das Ganze wohl nicht besonders häufig passiert, müsste sich ein verräterisches Glimmen im All beobachten lassen, das charakteristischen Mustern gehorcht.

Wo sollte man nun am besten danach fahnden? Unsere Galaxie, so sagt Frenk, ist in einen unvorstellbar großen Klumpen aus Dunkler Materie eingebettet, der eine Billion Mal so schwer ist, wie unsere Sonne. Eine Billion, das ist eine Eins mit zwölf Nullen. Zusammenstöße von Teilchen der Dunklen Materie seien am ehesten in Bereichen größerer Dichte zu erwarten, zum Beispiel nahe des Zentrums der Milchstraße.

Man könnte also meinen, dass Forscher einfach Gammastrahlenspäher wie "Fermi" auf diesen Bereich richten müssten. Doch Kosmologe Frenk warnt: "Gammastrahlung kann durch viele Prozesse entstehen. Im Zentrum der Galaxie gibt es zu viel Störeffekte." Deswegen schlägt er vor, in einem Abstand von 10 bis 30 Winkelgrad vom Zentrum nach der schwachen Strahlung zu suchen. In dem vorgeschlagenen Bereich sei sie immer noch gut nachweisbar, werde aber weniger durch andere Phänomene gestört.

Um herauszufinden, nach welchen Strahlungsmustern man genau suchen sollte, haben die Forscher aus Durham und Garching eine schier gigantische Rechenarbeit geleistet. "Wir haben in einer Simulation das Schicksal von 4,4 Milliarden Teilchen über einen Zeitraum von 13 Milliarden Jahren verfolgt", erklärt Volker Springel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Hätte sich ein handelsüblicher PC mit der Aufgabe befassen müssen, wäre er damit fast 400 Jahre lang beschäftigt gewesen. Ein neuer Großrechner im Leibniz-Rechenzentrum München habe immerhin noch mehrere Monate für die Simulation gebraucht.

Das Ergebnis ist ein charakteristisches Strahlungsmuster, das sich mit "Fermi" nachweisen lassen müsste - das Teleskop muss dafür noch nicht einmal neu ausgerichtet werden. "Auf die Unmengen von Daten, die 'Fermi' liefert, muss man einfach einen von uns vorgeschlagenen Filter anwenden", sagt Astrophysiker Springel. Dann müsste das verräterische Glimmen sichtbar werden, glaubt der Wissenschaftler.

Bis dahin könnte es allerdings noch eine Weile brauchen, obwohl "Fermi" seit einigen Monaten fleißig Daten sammelt. Weil die Gammastrahlung so schwach ist, muss der gesamte Himmel mehrfach nacheinander aufgenommen werden. "Ein bis zwei Jahre" dürfte das dauern, sagt Volker Springel.

Dann kommt der entscheidende Augenblick: "In dem Moment, in dem sie etwas finden, ist die Sache geklärt. Game over", sagt Carlos Frenk. Es gebe eine "gute Chance", dass die Dunkle Materie mit Hilfe des Teleskops nun endgültig nachgewiesen werden könne. Dann könnten die Nasa-Forscher die Lorbeeren abgreifen. "Wir haben denen ein echtes Ticket nach Stockholm geschenkt", witzelt der Astrophysiker - zur Nobelpreisverleihung also.

Für den Fall, dass er nicht geehrt werden sollte, hat der britisch-mexikanische Forscher übrigens schon jetzt eine Selbst-Aufmunterung parat: Vergeben werde ja nicht nur der Nobelpreis, sondern ein Platz in den Geschichtsbüchern. Und den dürfte er in diesem Fall zusammen mit seinen Kollegen aus Deutschland sicher haben.

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