Durch das Universum geistert ein rätselhafter Stoff. Er hinterlässt seine Spuren in den Umlaufgeschwindigkeiten von Milliarden Sternen in den Spiralgalaxien, die, wie unsere Milchstraße, um ihr Zentrum rotieren. Eigentlich sollte die Drehgeschwindigkeit der Galaxien wie bei einem rotierenden Feuerrad nach außen abnehmen. Tatsächlich aber bleiben die Rotationsgeschwindigkeiten auch bei zunehmendem Abstand vom Zentrum gleich. Die Regionen müssen somit viel mehr Materie enthalten, als es die Menge an leuchtenden Sternen und Gas verrät.Mehr noch: Die unsichtbare Materie hält aufgrund ihrer Massenanziehung die Galaxien zusammen, die sonst von einer übermächtig werdenden Zentrifugalkraft zerrissen würden. Der seltsame Stoff, der wie ein unsichtbarer Kitt zwischen den Sternen wirkt, gibt keinerlei Strahlung ab. Er ist so kalt und dunkel wie das Universum selbst und lässt sich deshalb auch nicht unmittelbar messen: Dunkle Materie, wie die Astronomen das Phänomen nennen, verrät sich nur indirekt.Ihr Einfluss lässt sich auch bei viel größeren Gebilden im Universum beobachten. In mächtigen Galaxienhaufen schwirren tausende Sternsysteme durcheinander wie Mücken in einem Schwarm. Dabei sind die Geschwindigkeiten der Galaxien so groß, dass die Schwerkraft der sichtbaren Materie den Haufen nicht zusammenhalten könnte: Er wäre längst auseinandergeflogen. Damit die Galaxien in ihren Haufen zusammenbleiben, muss es zehn bis hundertmal mehr dunkle Materie geben. Diese sorgt dafür, dass Galaxienhaufen über Jahrmilliarden Bestand haben und verleiht so dem Universum Struktur.Knapp 30 Prozent Materie im AllSatellitenmessungen legen nahe, dass das Universum nur vier Prozent "normale" Materie enthält, wie sie in Sternen und Planeten vorkommt und auch das irdische Leben aufbaut. Abschätzungen gehen davon aus, dass 23 Prozent der Masse im Universum aus dunkler Materie besteht. Insgesamt würde so die Materie auf einen Anteil von knapp 30 Prozent kommen. Der Wert läge recht genau bei der kritischen Massendichte, jener Größe, die das Universum genau auf der Grenze zwischen ewiger Expansion und endgültigem Zusammenbruch positioniert.Der Anteil der dunklen Materie entscheidet somit über das Schicksal des Universums. Kein Wunder, dass Wissenschaftler seit nunmehr vier Jahrzehnten hinter dem geisterhaften Stoff herjagen.Als ein Kandidat galt lange Zeit das Neutrino, ein extrem leichtes, elektrisch neutrales Elementarteilchen, das in schier unvorstellbaren Mengen das Weltall durchströmt. Berechnungen zeigen jedoch, dass auch seine Gesamtmenge nicht ausreicht, um die Lücke der fehlenden Masse zu schließen. Eine andere Möglichkeit hatte der britische Physiker Stephen Hawking vorgeschlagen. Danach sollten beim Urknall große Mengen winziger Schwarzer Löcher entstanden sein. Ein solches Miniloch wäre kaum größer als ein Elementarteilchen, hätte aber die Masse eines Berges.Insgesamt könnten Schwarze Minilöcher die fehlende Masse beisteuern. Zwar lassen moderne Modelle von der Entstehung des Universums solche exotischen Zustände zu, doch teilen sie dasselbe Schicksal wie die dunkle Materie, deren direkter Nachweis bislang nicht gelang.Nun haben einige Forscher offenbar die Geduld verloren. Im Fachjournal Astronomy and Astrophysics schlagen Wissenschaftler der Technischen Universität Wien und Kollegen der Universität Bonn ein neues Modell vor, das an den Grundfesten nicht nur der klassischen Physik rüttelt. Danach würde die Schwerkraft auf größeren Skalen eine stärkere Anziehungskraft entfalten als in der Alltagswelt.Zwar ließen sich so viele beobachtete Effekte erklären, die bislang der dunklen Materie zugeschrieben wurden. Doch der Preis dafür: Die Schwerkraft wäre variabel und würde den Status einer Naturkonstanten einbüßen. In ihrer Untersuchung hat die Gruppe um den Bonner Astronomen Pavel Kroupa zusammen mit ihren Wiener Kollegen an konkreten Beispielen detailliert die Schwächen bisheriger Vorstellungen zur dunklen Materie dargelegt. Ihr Fazit: "Wir müssen anfangen, Alternativen ernsthaft in Erwägung zu ziehen." Dazu gehören auch Anpassungen der Newton'schen Gravitationstheorie, fordern die Forscher."Es gibt alternative Modelle"Den Standpunkt vertritt auch Marcel Pawlowski, Astrophysiker an der Universität Bonn und Mitautor der Studie. "Eine allgemein akzeptierte, konkrete Formulierung einer modifizierten Gravitation gibt es heute noch nicht. Aber es gibt alternative Modelle", sagt der Forscher. Am bekanntesten ist wohl die sogenannte "Modifizierte Newton'sche Dynamik" (Mond), die der israelische Physiker Mordehai Milgrom bereits vor knapp 30 Jahren erarbeitete. Später entwickelte Milgroms Landsmann, der Physiker Jacob Bekenstein eine weitere Variante, die sogar mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbar ist.Doch viele Forscher bleiben skeptisch. Sie kritisieren an den alternativen Modellen, dass sie nur das erklären, worauf sie eigens zugeschnitten sind. "Bis dato gibt es keine Modifikation der Gravitationsgesetze, die die gesamte Palette an Beobachtungen im Universum erklären kann", sagt Simon White, Direktor des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching.Das Problem ist aber, dass einige der Vorstellungen zur dunklen Materie Beobachtungen in unserer kosmischen Nachbarschaft widersprechen. Darauf machen die Bonner Forscher in ihrer Untersuchung aufmerksam.So sei aufgrund der Massenanziehung von dunkler Materie zu erwarten, dass mindestens tausend Satellitengalaxien um die dominante Milchstraße und ihren Nachbarn, die Andromeda-Galaxie, kreisen. Tatsächlich seien es aber nur 25, die zudem auch keinesfalls zufällig verteilt sind, wie die Theorie vorhersagt. Wie aus dem Dilemma herauskommen?Die Hoffnungen vieler Wissenschaftler richten sich auf den großen Beschleuniger LHC in Genf. Mit Hilfe der "Urknallmaschine" wollen sie in jene Energiebereiche vorstoßen, in denen die von der Theorie der sogenannten Supersymmetrie vorhergesagten Teilchen für die dunkle Materie erwartet werden. Für die Kandidatenteilchen haben die Theoretiker schon einen Namen geprägt: "Wimp", was soviel heißt wie "schwach wechselwirkendes, massereiches Teilchen."Ob es sie tatsächlich gibt, wird wohl zum Testfall für moderne Modelle vom Anfang und Ende der Welt.Astronomy and Astrophysics DOI:10.1051/0004-6361/201014892------------------------------Das dunkle Schicksal des UniversumsSowohl ewige Expansion als auch endgültiger Zusammensturz des Universums sind mit heutigen Kenntnissen vereinbar und mit der Theorie, dass das Universum in einer Explosion aus einem superdichten Zustand entstand. Schicksalsbestimmend wirkt sich das Verhältnis von Anziehungskraft der Materie -"normaler" und "dunkler" -und der Abstoßung durch die sogenannte "dunkle Energie" aus, die das All immer weiter auseinandertreibt.Aktuelle Modelle sehen ein Verhältnis von vier Prozent für die normale Materie, 23 Prozent für die dunkle Materie und 73 Prozent für die dunkle Energie vor.Die dunkle Energie wurde bereits von Albert Einstein formal als Gegengewicht zur Schwerkraft in die Gleichungen der Relativitätstheorie eingeführt, wo sie als "kosmologische Konstante" bezeichnet wird. Moderne Vorstellungen sehen in ihr die Vakuumenergie, jene Energie, die dem Raum selbst innewohnt und die durch nichts aus ihm entfernt werden kann. Möglicherweise ist sie für die Mitte der 1990er Jahre entdeckte, beschleunigte Expansionsrate des Universums verantwortlich. Hält diese weiter an, würde sie die Schwereanziehung der Massen übertreffen. Wir lebten dann in einem sich ewig ausdehnenden Universum.------------------------------Foto: Die Schwerkraft der sichtbaren Materie reicht nicht, um sich rasend schnell drehende Galaxien zusammenzuhalten.