Mehr Licht im Falle der Dunklen Materie

Die letzten Jahre haben uns reichlich mit neuen Einsichten bezüglich der Dunklen Materie gesegnet. Wie in einem riesigen Puzzle müssen nun alle Daten zusammengebracht werden die die Forscher kontinuierlich an Beobachtungen und Experimenten hervorbringen um zu einer sinnvollen Erklärung des Gesamtphänomens zu führen – eine wahrhafte Herkulesarbeit. Aber es gibt Fortschritte zu verzeichnen und wie Bartelmann und Springel in dem neusten Heft der Annalen der Physik schreiben: „Die Suche nach der Dunkel Materie intensiviert sich. Es ist eine aufregende Zeit für die Astronomie und Elementarteilchenphysik.“

Um mehr Licht in die Sache zu bringen stellten die beiden Kosmologen aus Heidelberg eine interessante Sammlung von Artikel zusammen welche die neuesten Errungenschaften auf dem Gebiet umfasst. Sie führen weiter aus: „Wir befinden uns selber in einer bemerkenswert rätselhaften Situation. Verbindet man die Allgemeine Relativitätstheorie mit zwei einfachen globalen Symmetrieannahmen erhält man eine Klasse einfacher kosmologischer Modelle. Eines dieser Friedmann-Lemaître-Modelle scheint nahezu alle kosmologischen Beobachtungen zu erklären. Dies ist, was wir das Kosmologische Standardmodell nennen. Ihre erstaunliche Einfachheit, zusammen mit dem überwältigenden Erfolg, lässt den hohen Preis als akzeptabel erscheinen den wir dafür bezahlen müssen: In dem Modell dominiert die Dunkle Materie offensichtlich den Großteil der kosmologischen Strukturbildung, und die Dunkle Energie ist verantwortlich für die beschleunigte Expansion unseres Kosmos in der jüngeren Zeit.

Jedoch, bis letztendlich die physikalische Ursache der Dunklen Materie verstanden ist, basiert das Standard Modell auf unsicheren Grundlagen. Es bleibt einer der wichtigsten und größten Herausforderungen der heutigen Physik dieses Rätsel zu lösen. Unterstützung finden die beiden bei namhaften Kollegen wie Carlos Frenk und Simon White, die in dem Sonderheft einen Übersichtsbeitrag zur Kalten Dunklen Materie veröffentlichen, darin die dazu wichtigen neuesten astronomischen Anhaltspunkten zusammenfassen und die Konsequenzen sowohl für großskalige Korrelationen als auch kleinskalige kosmische Unterstrukturen bis zu sub-galaktischen Größen diskutieren.

Lars Bergström beleuchtet die Dunkle Materie von einem theoretischen Standpunkt aus, und die mögliche, aber keinesfalls unumstrittene Detektion von Dunkler Materie resultierend aus dem DAMA/LIBRA Experiment wird von Rita Bernabei vorgestellt. Während der Artikel von Joel Primack einerseits den besonderen Erfolg des Kosmologischen Standardmodells würdigt, so weist er auch auf deren Probleme im Bereich kleiner Skalen hin: Die massereichsten Unterstrukturen in Dunkle-Materie-Halos in Galaxiengröße erscheinen zu massereich verglichen zu hellen Satellitengalaxien von der Sorte, die auch die Milchstraße umkreisen.

Ein anderes Problem welches sich aus dem Kosmologischen Standardmodell ergibt, wird von Jim Peebles betont. Dabei diskutiert Peebles Beobachtungen etwa der Existenz von Galaxien ohne eine dominante zentralen Auswölbung. Er argumentiert, dass sich viele Probleme, die die Dunkle Materie im kleinskaligen Bereich aufwirft, vermieden ließen, wenn die Galaxienentstehung in früheren Epochen stattgefunden hat, als es das Standardmodell annimmt. Weitere Autoren stellen jeweils Ihre Lösungsansätze vor und wie Bartelmann und Springel erklären: „Es gibt sicher keinen Mangel an Ideen und Alternativen zu den von dem Standard Modell postulierten Eigenschaften der Dunklen Materie. Aber bisher hat sich das Standardmodell hartnäckig und erfolgreich gegen alle Versuche erwehrt wirkliche Risse und Inkonsistenzen in seinen Grundlagen aufzudecken. Aber selbst dies ist eine Sache intensiver Diskussion.“

GF / OD