Der Grund, warum wir Dunkle Materie als dunkel bezeichnen, ist nicht, dass es sich um ein Schattenmaterial handelt. Das liegt daran, dass dunkle Materie nicht mit Licht interagiert. Der Unterschied ist subtil, aber wichtig. Normale Materie kann dunkel sein, weil sie Licht absorbiert. Deshalb können wir beispielsweise den Schatten von Molekülwolken vor den verstreuten Sternen der Milchstraße sehen. Dies ist möglich, weil Licht und Materie eine Möglichkeit haben, sich zu verbinden.
Licht ist eine elektromagnetische Welle und Atome enthalten elektrisch geladene Elektronen und Protonen, sodass Materie Licht emittieren, absorbieren und streuen kann. Dunkle Materie ist nicht elektrisch geladen. Es hat keine Möglichkeit, sich mit Licht zu verbinden, und wenn helle und dunkle Materie aufeinandertreffen, passieren sie einfach einander.
Alle unsere Beobachtungen legen nahe, dass dunkle Materie und Licht nur die Schwerkraft gemeinsam haben. Wenn sich beispielsweise dunkle Materie um eine Galaxie ansammelt, kann ihre Gravitationskraft das Licht ablenken. Aus diesem Grund können wir die Verteilung der Dunklen Materie im Universum kartieren, indem wir beobachten, wie Licht durch die Gravitationslinse um sie herum erzeugt wird.
Wir wissen auch, dass dunkle und reguläre Materie gravitativ interagieren. Der Tauziehen der Dunklen Materie führt dazu, dass sich Galaxien zu Superhaufen zusammenschließen. Eine unbeantwortete Frage ist jedoch, ob dunkle und reguläre Materie nur gravitativ interagieren. Wenn sich ein Atom und ein Teilchen der Dunklen Materie kreuzen würden, würden sie dann wirklich einfach durcheinander hindurchgehen?
Da wir die Teilchen der Dunklen Materie nicht direkt beobachtet haben, können wir nur spekulieren, aber die meisten Modelle der Dunklen Materie argumentieren, dass die Schwerkraft die einzige gemeinsame Verbindung mit Licht und regulärer Materie ist. Dunkle und normale Materie ballen sich umeinander, aber sie kollidieren nicht und verschmelzen nicht wie interstellare Wolken. Eine neue Studie legt jedoch nahe, dass die beiden tatsächlich interagieren, was subtile Aspekte des mysteriösen Zeugs enthüllen könnte.
Die Studie untersucht sechs ultraschwache Zwerggalaxien, kurz UFDs. Dabei handelt es sich um Satellitengalaxien in der Nähe der Milchstraße, die weitaus weniger Sterne zu haben scheinen, als ihre Masse vermuten lässt. Dies liegt daran, dass sie größtenteils aus dunkler Materie bestehen. Die Ergebnisse sind veröffentlicht In Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe.
Wenn reguläre und dunkle Materie nur gravitativ interagieren, sollte die Verteilung der Sterne in diesen kleinen Galaxien einem bestimmten Muster folgen. Wenn dunkle und reguläre Materie direkt interagieren, wird diese Verteilung verzerrt sein.
Um dies zu testen, führte das Team Computersimulationen beider Szenarien durch. Sie fanden heraus, dass im wechselwirkungsfreien Modell die Sternenverteilung im Zentrum der UFDs dichter und an den Rändern diffuser werden sollte. Im Wechselwirkungsmodell sollte die Sternverteilung gleichmäßiger sein. Als sie diese Modelle mit Beobachtungen der sechs Galaxien verglichen, stellten sie fest, dass das Wechselwirkungsmodell etwas besser passte.
Es scheint also, dass dunkle und reguläre Materie auf eine Weise interagieren, die über ihre Gravitationskräfte hinausgeht. Es gibt nicht genügend Daten, um die genaue Art der Interaktion zu bestimmen, aber die Tatsache, dass es überhaupt eine Interaktion gibt, ist eine Überraschung. Das bedeutet, dass unsere traditionellen Modelle der Dunklen Materie zumindest teilweise falsch sind.
Es könnte auch den Weg zu neuen Methoden zum direkten Nachweis dunkler Materie weisen. Mit der Zeit werden wir vielleicht endlich das Geheimnis dieses dunklen, aber nicht völlig unsichtbaren Materials lösen.
Weitere Informationen:
Jorge Sánchez Almeida et al., Die Sternverteilung in ultrafaintigen Zwerggalaxien deutet auf Abweichungen vom Paradigma der kollisionsfreien kalten dunklen Materie hin, Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad66bc