Gibt es Planeten aus Dunkler Materie?
science.ORF.at: Herr DiFranzo, die Bewegungen der Galaxien weisen darauf hin, dass es da draußen Unmengen von unsichtbarer Materie gibt. Doch alle Nachweisversuche sind bisher fehlgeschlagen. Ist die Dunkle Materie nur eine Einbildung der Theoretiker?
Anthony DiFranzo: Ich bin davon überzeugt, dass sie existiert. Es gibt unbestreitbare Indizien: Ein Beleg ist die erwähnte Rotation von Galaxien, ein anderer - und meiner Ansicht nach noch überzeugenderer - Beleg stammt von der kosmischen Hintergrundstrahlung. Dort finden wir einen großen unsichtbaren Anteil - eine Masse, die nicht mit Lichtteilchen in Wechselwirkung tritt. Dieser Befund gilt für das Universum als Ganzes, nicht nur für einzelne Galaxien.
Anthony DiFranzo
Zur Person
Anthony DiFranzo forscht an der Rutgers University, New Jersey. In den Physical Review Letters erschien kürzlich seine Arbeit „Collapsed Dark Matter Structures“.
Warum lässt sich die Dunkle Materie dann nicht nachweisen?
Anthony DiFranzo: Um das zu beantworten, müssten wir mehr über die Dunkle Materie wissen. Der Nachweis könnte jederzeit bei einem der laufenden Experimente gelingen.
Die Dunkle Materie direkt messen zu wollen setzt jedenfalls voraus, dass es solche Wechselwirkungen gibt: Wie ist da der Stand der Dinge?
Anthony DiFranzo: Wir wissen schon jetzt, dass solche Wechselwirkungen - wenn es sie gibt - sehr schwach sein müssen. Genau das macht den Nachweis so schwierig. Vielleicht sind die Wechselwirkungen sogar so schwach, dass wir nie genug Daten für einen Nachweis anhäufen können. Es könnte natürlich auch so sein, dass sie mit normaler Materie überhaupt nicht in Wechselwirkung tritt. In diesem Fall würde sie sich nur über die Schwerkraft bemerkbar machen.
Dann bliebe also nur mehr der Blick in den Himmel.
Anthony DiFranzo: Ja, aber das ist nicht so schlimm, wie man annehmen könnte. Wenn man Galaxien mit Teleskopen genau untersucht, kann man sehr viel über die Eigenschaften der Dunklen Materie erfahren. Und auch über ihre Verteilung im frühen Universum.
Sie haben kürzlich in einer Studie gezeigt, dass die Dunkle Materie einige überraschende Eigenschaften besitzen könnte. Welche sind das?
Anthony DiFranzo: Unsere Ausgangsfrage war: Wie stark interagiert die Dunkle Matere mit sich selbst? Unser Modell zeigt: Wenn die Dunkle Materie das tut, dann ist sie der normalen Materie ähnlicher als gedacht. Sie könnte ihre eigene Form von Strahlung abgeben und sich dadurch abkühlen.
Auf welche Weise könnte sie strahlen?
Anthony DiFranzo: Wir gehen in unserem Modell davon aus, dass es so etwas wie einen Dunklen Elektromagnetismus gibt. Ich sollte hinzufügen, dass die Dunkle Materie normalerweise Halos bildet, sich also in mehr oder weniger fluffigen und kugeförmigen Regionen in und um Galaxien anordnet. Ein Teil davon, etwa fünf oder zehn Prozent, könnte sich aber durch die Strahlung komprimieren - und somit dichte Objekte bilden.
„Dunkle Objekte“ bedeutet?
Anthony DiFranzo: Der Kollaps könnte sich im Größenbereich einer Zwerggalaxie abspielen - das sind ca. 100 Millionen Sonnenmassen. Es könnte auch sein, dass die Objekte noch viel kleiner sind: Im Bereich von Sternen oder Planeten.
ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)
Ist da jemand? Anthony DiFranzo hält sogar Lebensformen aus Dunkler Materie für möglich
Das heißt, es könnte da draußen Objekte geben, die der Erde ähnlich sind - nur für uns völlig unsichtbar?
Anthony DiFranzo: Im Prinzip ja. Dafür bräuchte es allerdings noch mehr als eine Dunkle Variante des Elektromagnetismus, sondern auch Kernkräfte, mit deren Hilfe Dunkle Sterne Elemente herstellen. Wenn das möglich ist, dann sind auch Dunkle Gesteinsplaneten möglich.
Selbst eine andere Form von Leben?
Anthony DiFranzo: Das ist natürlich spekulativ. Es liegen einige Schritte zwischen der Annahme, dass Dunkle Materie kollabieren kann und der Annahme, dass sie auch komplexe Strukturen bilden kann. Aber warum nicht? Aus meiner Sicht wären auch Dunkle Elemente, Dunkle Moleküle und sogar Dunkles Leben möglich. Ich finde es faszinierend, darüber nachzudenken. Stellen Sie sich vor, es gäbe da draußen eine Lebensform, bestehend aus Dunkler Materie: Ihr ginge es wie uns. Sie könnte nämlich unsere Art von Materie nicht wahrnehmen. Für diese Lebensform wären also wir auf der Dunklen Seite des Universums.
Was sagen die anderen Astrophysiker zu solchen Ideen? Ist das zu verrückt für den Normalbetrieb der Wissenschaft?
Anthony DiFranzo: Es ist ein bisschen verrückt, klar, aber das ist kein Grund, warum man es nicht untersuchen sollte. Bislang bespreche ich so etwas mit Fachkollegen nur in zwanglosen Plaudereien. Ich denke, es müssen noch ein paar wichtige Fragen beantwortet werden, bis solche Ideen wirklich ernst genommen werden. Was den möglichen Kollaps der Dunklen Materie angeht, muss man allerdings sagen: Das wird schon seit einiger Zeit erwogen, unser Modell ist nicht das erste dieser Art.
Wenn die Dunkle Materie tatsächlich über eigenständige Naturkräfte verfügt, bräuchte es auch eine entsprechende Theorie, die das erfasst. Gibt es die schon?
Anthony DiFranzo: Ja, die gibt es, wir nennen sie Spiegel-Modelle: Das ist eine Klasse von Theorien, die im Wesentlichen davon ausgehen, dass von Teilen des Standardmodells [das die „normalen“ Elementarteilchen beschriebt, Anm.] zusätzliche Kopien existieren, also Spiegel-Elektronen, Spiegel-Protonen usw. Damit werden auch neue Naturkräfte eingeführt.
Wie können wir herausfinden, ob das alles stimmt?
Anthony DiFranzo: Wir müssen uns zunächst ansehen, wie die Dunkle Materie in der Milchstraße oder anderen Galaxien verteilt ist. Das könnte uns schon ganz gute Hinweise liefern, welche Modelle zutreffen. Die kollabierten Objekte, die wir vorhersagen, sollte man auf diese Weise jedenfalls nachweisen können.
Mit welchem Teleskop?
Anthony DiFranzo: Wir setzen unsere Hoffnungen auf die Raumsonde Gaia. Sie kann die Position einzelner Sterne mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen. Gleiches gilt für die Verteilung der Dunklen Materie.
Interview: Robert Czepel, science.ORF.at