Herausforderung dunkle Materie

  

Als das Weltall noch jung war, war es fast einheitlich geformt und noch ohne Differenzierungen. Mit der Zeit wurde es entwickelter und organisierter. Wir wissen, dass unser Sonnensystem in Planeten organisiert (einschließlich der Erde!) ist, die um die Sonne kreisen. Überträgt man dies auf einen viel größeren Maßstab – viel größer als unser Sonnensystem (ungefähr 100 Millionen Mal größer!), so stellt man fest dass Sterne sich in Galaxien organisieren. Unsere Sonne ist ein durchschnittlicher Stern in einer durchschnittlichen Galaxie, die von uns „die Milchstraße“ genannt wird. Die Milchstraße – unsere Galaxie – enthält ungefähr 100 Milliarden Sterne. Ja, es sind 100,000,000,000 Sterne! Nimmt man einen noch größeren Maßstab, so stellt man fest dass sich die einzelnen Galaxien in Gruppen sammeln, welche von Astronomen als Gruppen von Galaxien oder Galaxienhaufen bezeichnet werden.
Diese Gruppen oder Haufen umfassen die Galaxien und jedes Material, das sich im Raum zwischen den Galaxien befindet. Die Kraft die die Gruppe oder den Haufen zusammenhält, ist die Anziehungskraft oder Gravitation, die von allen Erscheinungen im Weltall aufeinander ausgeübt wird. Der Raum zwischen den Galaxien innerhalb einer Gruppe oder eines Haufens ist mit einem heißen Gas gefüllt. Tatsächlich ist das Gas so heiß (mehrere zehn Millionen von Graden!), dass es in Röntgenstrahlen strahlt, statt in sichtbarem Licht. Indem man die Verteilung und Temperatur des heißen Gases erforscht, kann man ermessen, wie es durch die Gravitation des gesamten Materials in der Gruppe beeinflusst und verformt wird. Anhand der gewonnenen Daten bestimmen Wissenschaftler, wie viel Materie es in dieser Gruppe insgesamt gibt. Erstaunlich sind die Ergebnisse einer solchen Rechnung. Anhand des berechneten Ergebnisses ist in diesen Gruppen fünfmal mehr Materie vorhanden ist, als der sichtbare Teil vermuten lässt. Der größte Teil der Materie innerhalb einer Gruppe oder eines Galaxienhaufens ist also unsichtbar. Da die größten Strukturen im Weltall durch die Gravitation zusammengehalten werden, schlossen die Wissenschaftler aus allen Erkenntnissen, dass der größte Teil der Materie im Weltall unsichtbar ist. Diese unsichtbare Materie wird dunkle Materie genannt. Es wird zur Zeit sehr viel auf diesem Gebiet geforscht. Wissenschaftler versuchen zu definieren, was die dunkle Materie ist, wie viel es insgesamt davon gibt, und welchen Einfluss sie auf das Universum insgesamt hat. Wissenschaftler erforschen das Weltall anhand der elektromagnetischen Strahlung oder des Lichts, das es ausstrahlt. Das Licht, das für den Menschen sicht- oder darstellbar ist, ist eine Strahlung aus infraroter, optischer, ultravioletter, oder Röntgenstrahlung sowie Gammastrahlung. Wie kann man ein Material im Weltall erforschen, dass keinerlei Strahlung aussendet? Wie wird man je erfahren, ob dieses Material wirklich vorhanden ist? Woher wissen, wie viel es davon gibt? Wie es genau definieren?
Um ein solches, strahlungsfreies Material handelt es sich bei der dunklen Materie. Aber obwohl es keine oder nicht genügend für Menschen sichtbare Strahlung aussendet, so gibt es doch die Möglichkeit, sie indirekt zu lokalisieren und zu erforschen. So übt zum Beispiel die dunkle Materie eine Anziehungskraft sowohl auf Strahlung als auch auf die Quellen der Strahlung aus. Aus diesen Effekten der “Extra”-Gravitation schließen Wissenschaftler auf die Menge der vorhandenen dunklen Materie.
Aber auch hier gibt ein eine Menge ungeklärter Fragen. So reicht die Gravitationstheorie alleine nicht aus um die beobachteten Effekte zu erklären.
Die für und Menschen erfahrbare Art der Materie – also die Erscheinungsformen um uns herum, besteht aus Atomen, die wiederum aus Protonen, Neutronen, und Elektronen bestehen. Diese Art von Materie wird als baryonisch bezeichnet. Ist die dunkle Materie im Weltall ebenfalls aus Atomen aufgebaut, also baryonisch oder aus etwas Anderem, Fremden also nicht-baryonisch?
Die bisherige Forschung ergibt, dass es sowohl baryonische als auch nicht-baryonische Arten von dunkler Materie gibt. Einige Erscheinungsformen der dunklen Materie bestehen nachweislich aus bekannter Materie, sind also baryonisch, geben aber nicht genug Strahlung ab, um vollständig aus baryonischer Materie bestehen zu können. Erscheinungen wie braune Zwerg-Sterne würden in diese Kategorie fallen. Andere dunkle Materie könnte aus sub-atomaren Teilchen bestehen, die kein Bestandteil baryonischer Materie sind. Wenn diese Teilchen Masse haben, und in großer Zahl vorkommen, könnten sie einen großen Teil der dunklen Materie ausmachen. Wenn das stimmt, wäre der größte Teil der Materie im Universum aus einer unbekannten und noch unerklärlichen Erscheinung aufgebaut.


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