Die Jagd nach dem Unsichtbaren

17. Dezember 2012

Text: Thomas Bührke

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Dunkle Materie in Blau: Eigentlich ist sie ja nicht zu sehen, aber hier haben Astronomen das Unsichtbare sichtbar gemacht. Das Foto zeigt den Zusammenstoß zweier Galaxienhaufen. Während sich das „normale“ Gas (rot) im Zentrum ballt, bleibt die Dunkle Materie (blau) von der Kollision unbehelligt. Die Farben wurden willkürlich gewählt, die Verteilung der Dunklen Materie haben die Forscher aus dem Schwerkraftprofil erschlossen und zur Verdeutlichung visualisiert. [weniger]

Dunkle Materie in Blau: Eigentlich ist sie ja nicht zu sehen, aber hier haben Astronomen das Unsichtbare sichtbar gemacht. Das Foto zeigt den Zusammenstoß zweier Galaxienhaufen. Während sich das „normale“ Gas (rot) im Zentrum ballt, bleibt die Dunkle Materie (blau) von der Kollision unbehelligt. Die Farben wurden willkürlich gewählt, die Verteilung der Dunklen Materie haben die Forscher aus dem Schwerkraftprofil erschlossen und zur Verdeutlichung visualisiert.

© NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, St. Barbara) und S. Allen (Stanford University)

© NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University of California, St. Barbara) und S. Allen (Stanford University)

Über kaum ein anderes astrophysikalisches Thema diskutieren die Wissenschaftler derzeit so heftig wie über die Dunkle Materie. Besonders deutlich zeigte sich das im Herbst 2011, als in München Physiker aus aller Welt zusammenkamen, um sich über die neuesten Resultate auszutauschen. Drei Forschergruppen legten Messergebnisse vor, die mit dem Nachweis der mysteriösen Dunkle-Materie-Teilchen verträglich waren – aber sich gegenseitig widersprachen. Zudem hatten zwei andere Gruppen nichts gefunden und schlossen die positiven Ergebnisse explizit aus.

„Es könnte aber sein, dass die Teilchen ungewöhnliche Eigenschaften besitzen, sodass sie sich in einigen Detektoren bemerkbar machen, in anderen nicht“, sagt Franz Pröbst, der am Münchener Max-Planck-Institut für Physik das Experiment CRESST (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) leitet. Es gehört zu jenen Detektoren, die Dunkle Materie nachgewiesen haben könnten.

Manfred Lindner stimmt dem im Prinzip zu, doch hält er es für plausibler, dass CRESST irgendeinen neuartigen Störeffekt sieht. Das internationale Experiment XENON100, dessen Beitrag Lindner am Max-Planck-Institut für Kernphysik leitet, hat nämlich mit deutlich höherer Sensitivität keine Ereignisse von möglichen Dunkle-Materie-Partikeln gefunden. Die heiße Diskussion um „verschmutzte“ Instrumente, Empfindlichkeitsgrenzen und Störeffekte spielt sich auf allerhöchstem Niveau ab. CRESST und XENON100 zählen zu den empfindlichsten und reinsten Experimenten der Erde. „Unser Detektor ist vermutlich der sauberste Ort im Universum“, sagt Max-Planck-Direktor Lindner. Um die Anforderungen an die Technik zu verstehen, ist ein kurzer Rückblick in die Geschichte nötig.

Im Jahr 1933 beobachtete der in die USA emigrierte schweizerische Astronom Fritz Zwicky mehrere Galaxienhaufen. Dabei stellte er fest, dass die einzelnen Milchstraßensysteme sich darin so schnell bewegen, dass ihre gemeinsame Schwerkraft nicht ausreicht, um die Haufen zusammenzuhalten. Er schloss daraus, dass es eine große Menge an unsichtbarer Materie geben müsse, die sich nur über ihre Schwerkraft äußert. Zwicky kreierte den Begriff Dunkle Materie.

Unbekannte Elementarteilchen ballen sich zu Wolken

Die Beobachtungen des Forschers gerieten jedoch in Vergessenheit und wurden erst in den 1970er-Jahren wiederbelebt. Damals fanden Astronomen heraus, dass Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße so schnell rotieren, dass sie von der Fliehkraft zerrissen würden, gäbe es nicht die zusätzliche Schwerkraft der Dunklen Materie.