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Viel Lärm um nichts?

Astronomie. - Die Astrophysiker haben ein Problem. Im All ist viel zu wenig Materie zu sehen, um den Theorien über Entstehung und Beschaffenheit des Universums zu genügen. Die Lösung besteht in so genannter Dunkler, also unsichtbarer Materie und Energie. Ob sie tatsächlich existieren, ist ungewiss. Zwei kanadische Physiker haben jetzt eines der wichtigsten Indizien für die Existenz der Dunklen Materie für null und nichtig erklärt.

Von Ralf Krauter | 15.12.2005

Dem kanadischen Physiker Fred Cooperstock ist es fast ein wenig peinlich, welchen Rummel die Arbeit ausgelöst hat, die er gemeinsam mit einem Kollegen in einem online-Fachblatt veröffentlich hat.

"Uns haben unglaublich viele Leute geschrieben, denen die ganze Sache mit der dunklen Materie total gegen den Strich geht. Die haben sich alle gefreut, dass wir diese Theorie jetzt etwas angekratzt haben. Es gab aber auch reichlich Kritik an unserer Arbeit. Und wir versuchen diese Kritiker davon zu überzeugen, dass wir recht haben."

Wenn die beiden Physiker von der Universität Victoria tatsächlich recht haben, haben sie einen zentralen Stützpfeiler für das Konzept der dunklen Materie gestürzt. Derzeit glauben Astrophysiker, rund ein Viertel aller massiven Objekte im Universum sei unsichtbaren exotischen Partikeln zuzuschreiben. Doch alle Versuche, diese dunkle Materie mit riesigen Detektoren dingfest zu machen, blieben bislang erfolglos. Dass viele Physiker dennoch an ihre Existenz glauben, hat einen simplen Grund: Wenn man erklären will, warum sich die Sterne in spiralförmigen Galaxien so bewegen, wie sie das tun, tut man sich schwer ohne Unmengen dunkler Materie - zumindest, wenn man für die Berechnungen die Newtonsche Mechanik zugrunde legt. Cooperstock:

"Nach der Newtonschen Theorie der Schwerkraft müssten sich die Sterne einer rotierenden Galaxis um so langsamer bewegen, je weiter sie vom Zentrum dieser Galaxis entfernt sind. Doch die Messungen zeigen, dass sich die Sterne weiter außen genauso schnell bewegen, wie die im Zentrum. Um das im Newtonschen Modell zu erklären, musste man eine Art künstlichen Beschleuniger einführen - die dunkle Materie. Aber die Allgemeine Relativitätstheorie macht diesen Kunstgriff überflüssig."

Die äußeren Sterne rotierender Galaxien kreisen so schnell, dass sie nach den Gesetzen der klassischen Mechanik eigentlich aus der Kurve fliegen müssten - weshalb findige Physiker flugs Wolken unsichtbarer massiver Partikel postulierten, deren zusätzliche Anziehungskraft die Sterne auf ihrer Bahn hält. Ein Husarenstück, meint Fred Cooperstock, das völlig überflüssig ist. Denn Albert Einsteins Theorie der Gravitation, die diesen Monat 90 Jahre alt wird, macht solche Tricks obsolet. Die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie liefern auch ohne Massen dunkler Materie die richtige Lösung, sagt Cooperstock:

"Stellt sich die Frage, warum noch kein anderer auf die Idee kam, Einsteins Formeln auf Spiralgalaxien anzuwenden - schließlich zählen sie in der Astrophysik zum täglichen Handwerkszeug."

"In den Lehrbüchern steht: Bei niedrigen Geschwindigkeiten und geringer Gravitationskraft, spielt die allgemeine Relativitätstheorie keine Rolle. Viele Forscher sind deshalb gar nie auf die Idee gekommen, Einsteins Gravitationstheorie auf rotierende Galaxien anzuwenden."

Man glaubte also, die relativistischen Effekte wären vernachlässigbar klein. Sind sie aber nicht, und zwar aufgrund so genannter nicht-linearer Effekte. Für das Konzept von der dunklen Materie gibt es damit einen guten Grund weniger. Ganz vom Tisch ist es aber noch lange nicht. Denn es gibt andere Indizien für die Existenz schwach-wechselwirkender massiver Teilchen. Das Licht ferner Sterne läuft manchmal auf schrägen Bahnen durchs All - vermutlich weil es von unsichtbaren Massewolken abgelenkt wird. Und auch die Bewegungen innerhalb von Galaxienhaufen legen die Existenz unsichtbarer massiver Objekte nahe.

Fred Cooperstock betont ausdrücklich, dass seine Berechnungen nicht beweisen, dass die mysteriöse dunkle Materie nicht existiert. Aber ihre Existenz ist fraglicher geworden. Und wer weiß, meint der Kanadier: Vielleicht lassen sich ja auch die anderen Hinweise auf ihr Vorhandensein mit Hilfe von Einstein als null und nichtig entlarven.

"General relativity could supplant the various predictions but that has to be investigated."

Dazu sind allerdings weitere Untersuchungen nötig. Bis die abgeschlossen sind, dürften sich an der dunklen Materie weiter die Geister scheiden.