Überraschende Theorie Forscher wollen dunkle Materie enträtselt haben

Ein internationales Astronomen-Team behauptet, die Beschaffenheit der mysteriösen dunklen Materie erklären zu können. Die Entdeckung - sollte sie experimentell bestätigt werden - wäre die Antwort auf die vielleicht wichtigste Frage der modernen Astronomie.

Die dunkle Materie treibt Wissenschaftler schon lange um: Vor Jahrzehnten fanden sie heraus, dass die Masse der sichtbaren Materie bei weitem nicht ausreicht, um den Zustand des Weltalls zu erklären. Denn Galaxien stürzen nicht unter ihrer eigenen Anziehungskraft zusammen, und alle ihre Sterne drehen sich gleich schnell um das Zentrum - unabhängig von ihrem Abstand zum Mittelpunkt der Galaxie. Beobachtungen in unserem Sonnensystem scheinen dem zu widersprechen: Der Planet Pluto etwa umkreist die Sonne wesentlich langsamer als die Erde - und folgt darin den Keplerschen Gesetzen.

Der Widerspruch lässt sich durch die dunkle Materie auflösen, die nach Berechnungen von Astronomen über 80 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmacht. Woraus sie besteht, ist trotz vieler Theorien unklar: Die Partikel senden keine elektromagnetische Strahlung aus und konnten noch nie direkt beobachtet werden.

Leichtgewichte sollen Mysterium erklären

Wissenschaftler aus Frankreich und England wollen jetzt des Rätsels Lösung gefunden haben: Sie glauben, dass die dunkle Materie aus Partikeln mit exotischen Eigenschaften und einer viel geringeren Masse als bisher angenommen besteht - und sich deshalb bisher der direkten Beobachtung entzogen hat.

Dan Hooper und Céline Boehm von der Oxford University suchten zusammen mit Kollegen vom Pariser Institut d'Astrophysique nach einem bestimmten Muster von Gammastrahlen aus dem Zentrum der Milchstraße. Wie das Fachmagazin "New Scientist" berichtet, entdeckten sie ein klares Signal mit einer Energie von 511 Kiloelektronenvolt (keV), von dem sie annehmen, dass es durch die gegenseitige Vernichtung von Materie und Antimaterie verursacht wird.

Bisher war völlig unklar, woher die Elektronen und ihre Antimaterie-Teilchen, die Positronen, kamen. Theorien reichten von einer gewaltigen Supernova über einen Neutronenstern bis zu einem Schwarzen Loch. Hooper und seine Kollegen spekulierten dagegen, dass die Ursache die gegenseitige Zerstörung von Dunkelmaterie-Partikeln und ihren Antiteilchen sein könnte.

Volltreffer mit "Integral"-Teleskop?

Um die Ruheenergie eines Elektrons von 511 keV zu produzieren, hätten die Elektronen und Positronen vor der gegenseitigen Auslöschung jedoch nahezu still stehen müssen. "Schwere Dunkelmaterie-Partikel würden hochenergetische Elektronen hervorbringen", sagte Hooper. "Da es schwer vorstellbar ist, wie die zum Stillstand kommen sollen, mussten wir überraschend leichte Teilchen in Betracht ziehen."

Um ihre Theorie zu überprüfen, nahmen die Forscher Daten des europäischen "Integral"-Röntgenteleskops unter die Lupe. Das Esa-Observatorium, das im Oktober vergangenen Jahres ins All geschossen wurde, hat die bisher präzisesten Messungen der 511-keV-Linie geliefert und Veränderungen in dessen Intensität quer über das Zentrum der Milchstraße kartiert. Das britisch-französische Forscherteam glaubt, einen Volltreffer gelandet zu haben: Die Helligkeits-Karte stimmt ihren Angaben zufolge exakt mit der Strahlungsverteilung überein, die leichte Dunkelmaterie-Partikel verursachen würden.

Skepsis unter Kollegen

"Leicht" bedeutet in diesem Fall ein bis 100 Megaelektronenvolt - hundert bis zehntausend Mal leichter als die Teilchen, die Forscher bisher als Kandidaten für die dunkle Materie vermutet hatten. Überraschend ist die neue Theorie deshalb, weil gängige Teilchenbeschleuniger Partikel dieser Gewichtsklasse am laufenden Band produzieren - die dunkle Materie hätte also längst erkannt werden müssen.

"Um sich der Entdeckung zu entziehen, müsste ein solcher Partikel eine extrem schwache Wechselwirkung mit anderen Partikeln aufweisen", meint Hooper. Andere Forscher halten diese Annahme für gewagt: Um als Erklärung für die dunkle Materie zu taugen, "müssten die leichten Partikel zwar mit anderen Teilchen extrem schwach interagieren, mit sich selbst aber stark", erklärte John Ellis, Physiker am Europäischen Labor für Teilchenphysik (CERN) im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Ich will nicht sagen, dass es theoretisch unmöglich ist, aber es klingt sehr spekulativ."

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