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Gravitationswellen als Ursprung der Dunklen Materie?
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Mainz
astronews.com
2. April 2026
Was ist Dunkle Materie und wie ist sie einst entstanden? In
einer neuen Studie wird nun eine bestimmte Art von Gravitationswellen für die
Produktion von Dunkler Materie in den frühen Phasen der Entstehung unseres
Universums verantwortlich gemacht. Diese sogenannten stochastischen
Gravitationswellen dürften im frühen Universum allgegenwärtig gewesen sein.
Das Hubble Ultra Deep Field - trotz der
Galaxienvielfalt ist der größte Teil der Materie im Universum
unsichtbar.
Bild: NASA, ESA und S. Beckwith (STScI)
und das HUDF Team [Großansicht] |
Planeten, Sterne, sogar das Leben auf der Erde – sie setzen sich aus
sichtbaren Teilchen zusammen. Diese Art Materie macht jedoch nur etwa vier
Prozent unseres Universums aus. Der überwiegende Teil ist unsichtbar und besteht
aus Dunkler Materie und Dunkler Energie. Dunkle Materie macht etwa 23 Prozent
unseres Universums aus. Astrophysikalische Beobachtungen bestätigen, dass Dunkle
Materie das gesamte Universum durchdringt und Galaxien sowie die größten
bekannten Strukturen im Kosmos bildet. Allerdings wissen wir noch nicht, aus
welchen Teilchen sie genau besteht. Eine Vielzahl an Theorien und Experimenten
suchen nach einer Antwort auf diese Frage.
Gravitationswellen sind eine Art Schwingung der Raumzeit, die typischerweise
durch einige der intensivsten und energiereichsten Prozesse im Universum
verursacht wird, beispielsweise wenn zwei Schwarzer Löcher oder Neutronensterne
verschmelzen. Sogenannte stochastische Gravitationswellen haben dagegen ihren
Ursprung in anderen Phänomenen, an denen keine massiven kosmologischen Objekte
beteiligt sind. Ihr Signal ist entsprechend schwächer und bildet einen Teil des
Hintergrunds der vielen Wellen, die sich durch unser Universum bewegen. Sie sind
jedoch oft extrem alt.
Viele ihrer Ursprungsphänomene traten in den frühesten Entwicklungsstadien
unseres Universums auf, beispielsweise sogenannte Phasenübergänge von Materie,
als sich das Universum nach dem heißen Urknall abkühlte, oder primordiale
Magnetfelder. "In dieser Arbeit untersuchen wir die Möglichkeit, dass
Gravitationswellen, von denen man annimmt, dass sie im frühen Universum
allgegenwärtig waren, teilweise in Dunkle-Materie-Teilchen umgewandelt werden",
erklärt Kopp. "Dies führt zu einem neuen Mechanismus der Produktion von Dunkler
Materie, der bisher noch nicht erforscht wurde."
In ihrer Studie zeigen Kopp und Maleknejad, dass Gravitationswellen dazu
geführt haben könnten, dass massefreie oder nahezu massefreie Fermionen
entstanden sind. Fermionen sind eine Familie von Teilchen, zu der unter anderem
Elektronen, Protonen und Neutronen gehören. Diese Fermionen aus der Frühzeit des
Universums würden dann eine Masse annehmen und die Dunklen-Materie-Teilchen
bilden, die bis heute existieren.
"Der nächste Schritt zur Weiterentwicklung dieser Forschungsrichtung besteht
darin, über unsere analytischen Schätzungen hinauszugehen und numerische
Simulationen durchzuführen, um die Genauigkeit unserer Vorhersagen zu
verbessern. Eine weitere Richtung für zukünftige Forschung ist die Untersuchung
weiterer möglicher Auswirkungen von Gravitationswellen im frühen Universum. Ein
Beispiel hierfür wäre ein Mechanismus, der zu dem bekannten Unterschied in der
Menge der produzierten Teilchen und Antiteilchen führen würde", so Kopp.
Über ihre Überlegungen berichten Maleknejad und Kopp in einem Fachartikel,
der in de Zeitschrift Physical Review Letters erschienen ist.
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