Woraus Dunkle Materie nicht besteht

„Wenn du das Unmögliche ausgeschlossen hast, muss das, was übrig bleibt, so unwahrscheinlich es auch klingt, die Wahrheit sein“, sagt der Detektiv Sherlock Holmes in „Das Zeichen der Vier“ zu Dr. Watson. So ähnlich gehen die Kosmologen auf der Suche nach der Dunklen Materie vor, die ja 85 Prozent der Masse des Universums ausmachen soll. Sie schließen eine Komponente nach der anderen aus. In jüngster Zeit ist ihnen das gleich dreimal gelungen.

Dunkle Materie besteht nicht aus kleinen Schwarzen Löchern. Das haben Astronomen mit Hilfe des japanischen Subaru-Teleskops gezeigt. Ihre Strategie war dabei sehr spannend. Nach u.a. von Stephen Hawking entworfenen Theorien könnte das Universum voller winziger, mikrometergroßer Schwarzer Löcher sein, die im Urknall entstanden sind. Diese primordialen Schwarzen Löcher sind zwar unsichtbar. Aber sie wirken durch ihre Gravitation. Gäbe es zwischen der Erde und der Andromeda-Galaxie eine größere Zahl von ihnen, müssten sie regelmäßig das Licht von Sternen der fernen Galaxie ablenken. Nach solchen Ablenkungen haben die Astronomen gesucht – und sie nicht in ausreichender Zahl gefunden, damit diese primordialen Schwarzen Löcher noch Kandidaten für die Dunkle Materie wären.

Dunkle Materie besteht – wohl – nicht aus Axionen. Das ergaben Messungen am Abracadabra-Detektor in den USA. Die Abkürzung steht für „A Broadband/Resonant Approach to Cosmic Axion Detection with an Amplifying B-field Ring Apparatus“, und wie der Name sagt, sollte das Gerät Axionen aus der kosmischen Strahlung durch ihre Umwandlung in Photonen nachweisen. Axionen sind hypothetische Teilchen, noch viel leichter als alle anderen, die man schon gefunden hat. Axionen wären, wenn es sie denn gäbe, zehn Milliarden Mal leichter als ein Elektron. Sie könnten allerdings in sehr hoher Zahl durch das Weltall flitzen. Sie wechsellwirken wie die Dunkle Materie über due Gravitation, aber auch über die schwache Wechselwirkung, was ihren Nachweis erleichtert. Abracadabra wird jedoch weitersuchen; derzeit sind nur Axionen von 0,31 bis 8,3 Nano-Elektronenvolt ausgeschlossen.

Woraus besteht Dunkle Materie? Diese Frage wird uns sicher noch länger beschäftigen, denn die Kandidaten, von Neutrinos und MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) bis hin zu den WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), liegen im Bereich von 10-26 bis 1014 Elektronenmassen und mehr.

Die Strategie der Astronomen am Subaru-Teleskop setzte auf den Nachweis von Gravitationslinsen (Bild: Kavli IPMU)
Der Abracadabra-Detektor am MIT (Bild: MIT)

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