Kaum Dunkle Materie in der Nähe des Sonnensystems

Conceptión (Chile) -  Laut dem heutigen Standardmodell der Kosmologie bestehen etwa 80 Prozent der Materie im Universum aus Dunkler Materie – einer Substanz, die aus bislang unbekannten Elementarteilchen zusammengesetzt ist. Doch die bis heute genaueste Untersuchung der Bewegung von Sternen in der Umgebung des Sonnensystems hat keinen Hinweis darauf geliefert, dass es in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft Dunkle Materie gibt. Die von einem Forscherteam im Fachblatt „Astrophysical Journal“ präsentierten Beobachtungen werfen die Frage auf, wo sich die Dunkle Materie befindet – wenn es sie überhaupt gibt – und stellen so die Voraussagen aus dem Standardmodell der Kosmologie infrage.

„Die Menge an Masse, die wir aus unseren Beobachtungen ableiten, entspricht sehr genau dem, was wir in der Region um die Sonne sehen: Sterne, Staub und Gas“, erläutert Teamleiter Christian Moni Bidin von der Universidad de Conceptión in Chile. „Das lässt keinerlei Raum für zusätzliche Materie – die Dunkle Materie –, die wir erwartet haben. Unsere Berechnungen zeigen, dass die Dunkle Materie sich in den Messungen deutlich bemerkbar machen müsste. Aber sie ist einfach nicht da.“

Doch Dunkle Materie ist nötig, um Galaxien und Galaxienhaufen zusammenzuhalten. Denn Sterne und Galaxien bewegen sich erheblich zu schnell, um allein von der Schwerkraft der sichtbaren Materie festgehalten zu werden – die zusätzliche Gravitation der Dunklen Materie ist für die Stabilität der Strukturen im Kosmos notwendig. Außerdem spielt die Dunkle Materie eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Galaxien im jungen Kosmos: Dem Standardmodell zufolge bilden sich zunächst Verdichtungen der Dunklen Materie, in die dann die sichtbare Materie hineinfällt und so Galaxien bildet. Computersimulationen dieses Szenarios liefern Ergebnisse, die in guter Übereinstimmung mit den Beobachtungsdaten im heutigen Kosmos sind.

Andererseits war die Suche nach Elementarteilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, bislang erfolglos. Nicht ohne Grund, so Moni Bidin und seine Kollegen: Wenn es in der Umgebung der Sonne keine Dunkle Materie gibt, dann kann sie auch nicht mit Detektoren aufgespürt werden. Moni Bidin und sein Team haben mit dem 2,2-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte in Chile die Bewegung von über 400 Sternen in Entfernungen von bis zu 13.000 Lichtjahren mit hoher Genauigkeit gemessen. Die Bewegungen werden durch die Anziehungskraft aller Massen in der Umgebung beeinflusst – also auch durch die Dunkle Materie. Doch ein solcher Einfluss ließ sich in den Daten nicht nachweisen. In einem Volumen von der Größe der Erde sagt das Standardmodell 0,4 bis 1,0 Kilogramm Dunkle Materie voraus. Die Messungen von Moni Bidin und seinem Team liefern jedoch einen Wert von 0,00 ± 0,07 Kilogramm.

„Trotzdem rotiert die Milchstraße natürlich schneller, als es sich allein mit der sichtbaren Materie erklären lässt“, hebt Moni Bidin das Dilemma hervor. „Wenn die Dunkle Materie also nicht da ist, wo wir sie erwarten, dann muss es eine andere Lösung für dieses Problem der fehlenden Materie geben. Das Rätsel der Dunklen Materie ist damit nur noch rätselhafter geworden.“