Seit Jahrzehnten sind Wissenschaftler in ein kosmisches Versteckspiel mit dunkler Materie verwickelt, der unsichtbaren Substanz, die 85 % der Masse des Universums ausmacht. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Regeln dieses Spiels möglicherweise völlig falsch sind. Das Standardmodell geht davon aus, dass dunkle Materie „kalt“ ist, was bedeutet, dass sich ihre Teilchen langsam bewegen. Doch immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass es möglicherweise „heiß“ geboren wurde und sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegte. Wenn diese Entdeckung zutrifft, könnte sie etablierte Theorien über die Entstehung von Galaxien auf den Kopf stellen und unser Verständnis der frühen Momente des Universums verändern.
Das Rätsel um die Dunkle Materie
Dunkle Materie ist bekanntermaßen schwer zu untersuchen, da sie nicht mit Licht interagiert. Das bedeutet, dass wir es nicht direkt sehen können, sondern nur durch seine Gravitationswirkung auf sichtbare Materie auf seine Existenz schließen können. Dies macht es auch unmöglich, aus dem gleichen Stoff wie Alltagsgegenstände (Elektronen, Protonen, Neutronen) zu bestehen, die alle mit Licht interagieren. Obwohl die Dunkle Materie fünfmal mehr Materie ausmacht als alles, was wir sehen können, bleibt sie ein Rätsel.
Die führende Theorie favorisiert seit langem kalte dunkle Materie (CDM), also Teilchen, die sich langsam genug bewegen, um sich zu verklumpen und die Entstehung von Galaxien zu begünstigen. Aber dieses Modell ist nicht perfekt; Bestimmte Beobachtungen stellen seine Vorhersagen in Frage. Hier kommt die Hypothese der „heißen“ Dunklen Materie ins Spiel.
Eine heißere Origin-Geschichte
Die neue Forschung legt nahe, dass dunkle Materie unmittelbar nach dem Urknall entstanden sein könnte, während einer Zeitspanne, die als „postinflationäre Wiedererwärmung“ bezeichnet wird. Dies war eine chaotische Ära, in der sich das Universum schnell ausdehnte und Energie in eine heiße, dichte Teilchensuppe umwandelte. Wenn in dieser Umgebung dunkle Materie entstanden wäre, hätte sie sich unglaublich schnell bewegen können.
Der Schlüssel liegt darin, dass die Dunkle Materie selbst bei diesen Geschwindigkeiten so weit abgekühlt sein könnte, dass sie sich wie die von uns erwartete „kalte“ Version verhält. Dieser Prozess, der „Entkopplung“ genannt wird, würde es schließlich ermöglichen, dass sie zusammenklumpen und die Bildung von Galaxien vorantreiben.
Wiederbelebung alter Kandidaten
Diese Entdeckung könnte auch einen lange verworfenen Kandidaten für Dunkle Materie wiederbeleben: das massearme Neutrino. Vor Jahrzehnten wurden diese Teilchen ausgeschlossen, weil man annahm, dass sie sich zu schnell bewegen, um die Bildung von Galaxien zu ermöglichen. Aber wenn sie heiß geboren und dann abgekühlt wären, könnten sie doch eine entscheidende Rolle bei der Strukturbildung gespielt haben.
„Das Neutrino wurde zum Paradebeispiel heißer dunkler Materie … Es ist erstaunlich, dass ein ähnlicher Kandidat, wenn er genau zu der Zeit produziert worden wäre, als das heiße Urknall-Universum entstand, so weit abgekühlt sein könnte, dass er tatsächlich als kalte dunkle Materie fungiert hätte“, sagte Keith Olive, ein an der Studie beteiligter Forscher.
Die Theorie testen
Das Team plant nun, seine Ideen durch Experimente auf der Erde, den Einsatz von Teilchenbeschleunigern und die Suche nach Beweisen im frühen Universum zu testen. Im Erfolgsfall könnte dies ein klareres Bild der frühesten Momente des Universums ermöglichen.
„Mit unseren neuen Erkenntnissen können wir möglicherweise auf einen Zeitraum in der Geschichte des Universums zugreifen, der sehr nahe am Urknall liegt“, sagte Yann Mambrini, ein weiterer Forscher des Projekts. Die Suche nach Dunkler Materie ist noch lange nicht vorbei, aber diese neue Forschungsrichtung könnte uns endlich der Lösung eines der größten Rätsel der Kosmologie näher bringen.
Letztendlich würde die Entdeckung heißer dunkler Materie nicht nur die wahre Natur dieser schwer fassbaren Substanz enthüllen, sondern auch die Kosmologen dazu zwingen, ihr grundlegendes Verständnis der Entwicklung des Universums zu überdenken.
