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DUNKLE MATERIE
Implodierende Bälle und alternatives Vakuum
von Stefan Deiters
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21. Dezember 2005

Unser Universum besteht nach den aktuellen kosmologischen Theorien zum überwiegenden Teil aus etwas, das wir noch nicht kennen: aus Dunkler Materie und Dunkler Energie. Als beste Kandidaten für die Dunkelmaterie gelten exotische Elementarteilchen. Zwei Physiker behaupten nun, dass sie ohne solche exotischen Teilchen auskommen. Allerdings benötigt ihre Theorie ein "alternatives Vakuum" und sagt Bälle aus Dunkelmaterie voraus, die Sterne zum Explodieren bringen.

WMAP-Ergebnisse

Die Ergebnisse der NASA-Sonde WMAP projiziert auf eine Kugel: Die Farbvariationen repräsentieren kleine Fluktuationen in der kosmischen Hintergrundstrahlung, die nach Ansicht der Wissenschaftler auf winzige Dichteschwankungen kurz nach dem Urknall hindeuten, aus denen später die Strukturen im Kosmos entstanden sind.  Bild: NASA / WMAP Science Team

Um unser Universum zu erklären verfügen die Kosmologen über ein so genanntes Standardmodell, welches die wesentlichen Beobachtungen relativ gut erklärt. Es hat allerdings einen Makel: Wir kennen danach nur fünf Prozent der Materie im Weltall. 25 Prozent sind Dunkle Materie, 70 Prozent Dunkle Energie. Um was es sich bei diesen 95 Prozent handelt, ist den Wissenschaftlern bis heute vollkommen unklar.

Klar ist allerdings, welche Eigenschaften diese Materie haben muss: Sie darf nicht wie herkömmliche Materie reagieren und etwa elektromagnetische Wellen aussenden. Einzig und allein durch die Wirkung ihrer Masse auf ihre Umgebung sollte sie sich verraten. Genauso hatte man nämlich ursprünglich auf die Existenz dieser Dunkelmaterie geschlossen. Um die Bewegungen von Galaxien und Galaxienhaufen erklären zu können, musste einfach viel mehr Materie vorhanden sein, als man als Licht von Sternen sieht - dunkle Materie eben.

Eine Möglichkeit, diese dunkle Materie zu erklären, wäre die Existenz von exotischen Elementarteilchen, die das bisherige Standardmodell der Teilchenphysiker ergänzen würden. Colin Froggatt von der Glasgow University und Holger Nielsen vom Niels Bohr Institut in Kopenhagen glauben jetzt eine Methode gefunden zu haben, das Dunkelmaterie-Problem ohne eine Erweiterung dieses Standardmodells zu lösen. Ihre Theorie sagt auch das Verhältnis von Dunkler Materie zu sichtbarer Materie voraus, das von der NASA-Sonde WMAP 2003 ermittelt wurde (astronews.com berichtete).

Doch das Modell kommt nicht ohne "exotische" Zutaten aus: Froggatt und Nielsen benötigen ein "alternatives Vakuum", das kurz nach dem Urknall entstanden ist. Das normale Vakuum und die alternative Variante waren in den extremen Temperaturen dieser Epoche durch so genannte Domänenwände getrennt, die sich etwa eine Sekunde nach dem Urknall zu Bällen zusammenzogen und so die Materie in diesem alternativen Vakuum einschlossen.

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In den sich schnell zusammenziehenden Bällen entstanden Heliumatome, die schließlich zu immer schwereren Atomen fusionierten. Die dabei frei werdende Energie hat dann dazu geführt, dass Atome aus dem Vakuumball in die "normale" Welt hinausgeschleudert und so zu normaler Materie wurden. Etwa ein sechstel der Materie könnte den Bällen so entkommen sein, der Rest blieb in dem alternativen Vakuum gefangen.

Froggatt und Nielsen glauben, dass es in einer Region, die etwa der Größe unseres Sonnensystems entspricht, im Schnitt einen dieser Bälle geben müsste. Sie hätten einen Durchmesser von etwa 20 Zentimetern und eine Masse von 10 Millionen Tonnen. Sie würden sich, so die Forscher vor allem im Inneren von schweren Sternen verbergen. Durch die extremen Temperaturen, die dort herrschen, würden sie auch in der Lage sein, Teile des Sterns in Energie umzuwandeln, bis dieser schließlich als Supernova explodiert. Die Bälle selbst könnten implodieren und würden dabei einen hochenergetischen Gamma-Blitz erzeugen, der scheinbar aus dem Nichts kommt.

Nach Angaben der Forscher, die ihre Theorie jetzt im Fachblatt Physical Review Letters veröffentlichten, würde ihr Modell auch erklären, warum es im Universum etwa zwei bis drei Mal weniger Lithium geben würde als vom Standardmodell vorhergesagt.

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siehe auch
WMAP: Neue Zweifel an dunkler Materie und dunkler Energie - 4. Februar 2004
WMAP: Babyfoto des Universums - 12. Februar 2003
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