Gravitationstheorie Neue Diskussion über Existenz Dunkler Materie
Galaxienhaufen ZwCl0024+1652 (Aufnahme von 2007): Der finstere Ring um das Zentrum könnte, so glauben viele Wissenschaftler, Dunkle Materie darstellen. Nun zweifeln andere Forscher die Existenz der exotischen Substanz an.
Foto: AFP/ NASA / ESALondon - Die Blasphemie kommt sozusagen in Mode. Immer wieder haben Astronomen vorgeschlagen, die Newtonsche Gravitationstheorie zu modifizieren - und in letzter Zeit mehren sich die Stimmen von Forschern, die glauben, dass es die Dunkle Materie gar nicht gibt. Nach bisherigem Verständnis sorgt die exotische Materieform zum Beispiel dafür, dass Galaxien nicht durch die Fliehkräfte zerrissen werden, die bei ihrer Rotation auftreten. Doch direkt nachgewiesen worden ist sie noch nicht, wenngleich einige Wissenschaftler von indirekten Nachweisen berichtet haben.
Vor einigen Monaten haben bereits Bonner Forscher postuliert, dass Newton falsch gelegen haben könnte. Er nahm an, dass Gravitation überall im Universum gleich ist. Neue Erkenntnisse eines Wissenschaftlerteams um Gianfranco Gentile von der Universität im belgischen Gent stellen diese Annahme nun erneut in Zweifel.
Die Dunkle Materie ist eines der fundamentalen kosmologischen Konzepte des 20. Jahrhunderts. Der Astrophysiker Fritz Zwicky vermutete bereits 1933, dass es neben der sichtbaren Materie noch eine weitere, unsichtbare Materieform geben könnte: Der Wissenschaftler hatte eine Ansammlung von Galaxien beobachtet, die eigentlich zu wenig Materie besaßen, um von ihren Gravitationskräften zusammengehalten zu werden.
Eine verborgene und daher als dunkel bezeichnete Materie könnte mit ihrer Masse die fehlenden Gravitationskräfte zur Verfügung stellen - eine These, die in den sechziger Jahren durch Messungen der Physikerin Vera Rubin bestätigt wurde. Die Amerikanerin hatte bei Untersuchungen des Andromeda-Nebels festgestellt, dass dieser durch eine bisher rätselhafte Kraft zusammengehalten wird. Diese Kraft deuteten Astrophysiker als die Gravitationskraft der dunklen Materie. Galaxien könnten demnach mit einem Ring aus Dunkler Materie, einem sogenannten Halo, umgeben sein.
Im Fachmagazin "Nature" melden Gentile und seine Kollegen nun Zweifel an. Die Wissenschaftler hatten sich angesehen, wie sich sichtbare und Dunkle Materie in 28 Galaxien verschiedener Größen und Formen verteilen. Bei ihren Berechnungen stießen sie auf einen eigentümlichen Zusammenhang: Es scheint eine bisher unbekannte Verbindung zwischen den beiden Materieformen zu geben. "Was immer die Dunkle Materie macht, sie weiß immer, was die sichtbare Materie macht", sagt Forscher Gentile im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Dafür gebe es zwei Interpretationsmöglichkeiten: "Entweder, beide Materieformen interagieren - oder die Dunkle Materie existiert gar nicht."
Gentile hält nach eigenem Bekunden die zweite Möglichkeit für realistischer. Dann müsste aber die Gravitationstheorie Newtons und Einsteins umgeschrieben werden. Dieses Unterfangen firmiert seit Anfang der achtziger Jahre unter dem Kürzel "Mond", das für Modifizierte Newtonsche Dynamik steht. Zu Beginn hatte die Theorie des israelischen Forschers Mordechai Milgrom nur wenige Anhänger, doch in jüngster Vergangenheit mehrten sich Stimmen von Unterstützern.
Zwei verschiedene Ansätze
"Die zwei Ansätze zu vereinigen, ist nicht sehr einfach", sagt Forscher Gianfranco Gentile. Zwar würde der "Mond"-Ansatz die Befunde seines Teams problemlos erklären, doch gäbe es Probleme bei der Betrachtung sehr großer kosmischer Strukturen. Hier sei nach wie vor die Theorie der Dunklen Materie besser geeignet, um experimentelle Beobachtungen zu beschreiben.
Volker Springel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching betrachtet die Ergebnisse im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE einigermaßen kritisch. Springel versucht selbst, mit Computersimulationen das Geheimnis der Dunklen Materie zu ergründen . Er kritisiert eine Voraussage der Arbeit - nämlich, dass es innerhalb eines bestimmten charakteristischen Radius immer etwa 5,6 mal so viel Dunkle Materie wie gewöhnliche Materie geben soll: "Zwar erwartet man für das Universum insgesamt einen solchen Faktor, aber in einzelnen Galaxien gibt es davon riesige Abweichungen, anders als in dieser Studie prognostiziert." Außerdem stört den Forscher das Modell, das der Studie zugrunde liegt: "Wenn man die Ergebnisse von Computersimulationen der Dunklen Materie bei der Analyse der Daten berücksichtigt, erhält man deutlich andere strukturelle Parameter für die Halos aus Dunkler Materie." Einige der Schlussfolgerungen des Papers seien für ihn deswegen "nicht überzeugend".
Auch Mark Wilkinson von der University of Leicester, der nicht an den Forschungen beteiligt war, äußerte sich skeptisch. Obwohl das Ergebnis ein Wechselspiel zwischen Dunkler und sichtbarer Materie nahelege, müsse man bei der Interpretation der Ergebnisse vorsichtig sein, sagte er dem Wissenschaftsmagazin "New Scientist". Es könnte auch sein, dass die sichtbare Materie einen größeren Einfluss auf ihr finsteres Pendant ausübt.
