Weltbild: Geht es auch ohne Dunkle Materie?

Das aktuelle Weltbild der Kosmologie ist seltsam. Nur vier Prozent der Materie/Energie im Universum seien „normale“ Materie, sie bestehe aus Teilchen, die die Physiker kennen. 23 Prozent seien Dunkle Materie, sie bestehe aus Teilchen, die (noch?) keiner kennt, die offenbar mit Licht nicht wechselwirken. Den riesigen Rest stelle die noch rätselhaftere Dunkle Energie. Sie ähnelt im einfachsten Fall der „kosmologischen Konstanten“, die Einstein einst einführte, um das Universum stabil zu machen. Heute soll sie erklären, warum sich das All immer schneller ausdehnt.

Und wozu braucht man die Dunkle Materie? Ein wichtiges Motiv für ihre Einführung war, dass sich die Bewegung von Sternen um das Zentrum ihrer Galaxie nicht gut beschreiben lässt, wenn man nur die „normale“, sichtbare Materie in Rechnung stellt.

Doch da nützt auch die Dunkle Materie nicht: Das behaupten nun Gerhard Hensler, Astronom an der Uni Wien, und sein Bonner Kollege Pavel Kroupa in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics. Sie haben die Bewegung von Satellitengalaxien um unsere Milchstraße untersucht. Und festgestellt, dass „die Vorhersagen vorne und hinten nicht mit den Beobachtungsdaten übereinstimmen“, so Hensler. Kroupa und er zählen fünf Widersprüche zum Dunkle-Materie-Modell auf. So gibt es zu wenige Satellitengalaxien, und sie leuchten zu schwach.

„Wir müssen anfangen, Alternativen ernsthaft in Erwägung zu ziehen“, sagt Hensler. Damit meint er Modifikationen der gängigen Theorie der Gravitation, der 1915 von Einstein präsentierten Allgemeinen Relativitätstheorie (ART). Beziehungsweise der älteren, einfacheren Newton'schen Theorie, die für nicht zu große und nicht zu schnelle Massen gleiche Ergebnisse bringt wie die ART.

Ergänzung zu Einsteins Formeln

Der theoretische Physiker Daniel Grumiller, der soeben an der TU Wien habilitiert, geht in den höchst renommierten Physical Review Letters die Sache grundsätzlich an. Er fragt: Wie kann die allgemeinste mögliche Feldtheorie der Gravitation aussehen? (Die freilich keine Quantenfeldtheorie sein kann: Im Gegensatz zu den anderen drei Grundkräften kennt man von der Gravitation keine Teilchen, die sie übertragen.)

Grumiller macht sich eine Vereinfachung zunutze: Er betrachtet nur kugelsymmetrische Fälle, in denen es de facto nur zwei Koordinaten gibt: Abstand und Zeit.

So leitet er einen Ausdruck für die Gravitationskraft ab, der aus fünf Summanden besteht. Der erste ist einfach die Kraft, die auch die Newton'sche Theorie annimmt (proportional zu 1/r2), der zweite und dritte Term finden sich auch in der Allgemeinen Relativitätstheorie. Der vierte Term entspricht Einsteins Kosmologischer Konstanten, diese Kraft ist proportional zum Abstand.

Der fünfte Term aber ist neu, Grumiller nennt ihn nach dem Wiener Physiker Wolfgang Rindler die „Rindler-Kraft“. Diese Kraft verhält sich ganz anders als die Newton'sche Kraft: Sie ist vom Abstand unabhängig. Und auch von der Masse des Objekts, von dem sie ausgeht! Das heißt nicht, dass z.B. auf die Erde Rindler-Kräfte von allen Sternen des Weltalls wirken: Grumillers Modell gilt, wie gesagt, nur für ein System mit Kugelsymmetrie. Dennoch ist klar, dass diese Kraft sehr klein sein muss.

Getestet hat Grumiller seine Theorie an einem System, das sich in halbwegs guter Näherung als kugelsymmetrisch ansehen lässt: der Rotation von Sternen um das Zentrum einer Galaxie. Auch für die Bahnen der seit den Sechzigerjahren durchs All fliegenden Pioneer-Sonden, die sich mit der Relativitätstheorie nicht exakt vorhersagen lassen („Pioneer-Anomalie“), erhält er gute Ergebnisse.

Heißt das, dass Grumiller die Dunkle Materie für obsolet erklärt? Nicht unbedingt, sagt er, in dieser Frage sei er „agnostisch“. „Es ist möglich, dass es Dunkle Materie gibt, die genau zu so einer Rindler-Kraft führt, aber die muss dann schon sehr spezielle Eigenschaften haben.“

("Die Presse", Print-Ausgabe, 20.11.2010)