Das im Jahr 2022 gestartete James Webb Space Telescope (JWST) hat unser Verständnis des frühen Universums dramatisch verändert. Doch eines der größten Rätsel der Kosmologie – die Natur der Dunklen Materie – ist weiterhin ungelöst. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass das JWST bald einen Durchbruch bringen könnte, nicht indem es dunkle Materie (die nicht mit Licht interagiert) direkt sieht, sondern indem es ihre gravitativen Fingerabdrücke auf den Formen antiker Galaxien enthüllt.
Dunkle Materie macht schätzungsweise 85 % der gesamten Materie im Universum aus. Das Problem besteht darin, dass sie kein Licht emittiert, absorbiert oder reflektiert, was eine direkte Erkennung unmöglich macht. Wissenschaftler wissen, dass es aufgrund seiner Gravitationswirkung auf sichtbare Materie und Licht existiert. Das bedeutet, dass dunkle Materie nicht aus gewöhnlichen Protonen, Neutronen und Elektronen besteht. Trotz jahrzehntelanger Suche bleiben hypothetische Dunkle-Materie-Teilchen frustrierend unbestätigt.
Die neue, in Nature Astronomy veröffentlichte Studie legt nahe, dass der Gravitationseinfluss der Dunklen Materie die unerwartet verlängerten Formen einiger junger Galaxien erklären könnte. Traditionell gehen Simulationen davon aus, dass sich Galaxien bilden, wenn sich Gas entlang von Fäden aus dunkler Materie ansammelt, was zu kugelförmigen Strukturen führt. Aber das JWST beobachtet zunehmend fadenförmige, ausgedehnte Galaxien im frühen Universum, die nicht ohne weiteres in dieses Modell passen.
Forscher unter der Leitung von Álvaro Pozo vom Donostia International Physics Center testeten Simulationen mit verschiedenen Arten dunkler Materie. Sie fanden heraus, dass „unscharfe dunkle Materie“ (ultraleichte Teilchen mit wellenartigem Verhalten) oder „warme dunkle Materie“** (sich schneller bewegende Teilchen) diese seltsamen Formen erklären könnten.
„Wenn ultraleichte Axionteilchen die Dunkle Materie bilden, würde ihr quantenwellenartiges Verhalten die Bildung physikalischer Skalen, die kleiner als ein paar Lichtjahre sind, für eine Weile verhindern und zu dem gleichmäßigen filamentartigen Verhalten beitragen, das JWST jetzt in sehr großen Entfernungen beobachtet“, erklärte Pozo.
Der Schlüssel liegt darin, dass diese alternativen Dunkle-Materie-Modelle glattere Filamente erzeugen als das Standardmodell Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Entlang dieser Filamente strömen Gas und Sterne, wodurch längliche Galaxien entstehen. Das JWST wird diese frühen Galaxien weiterhin scannen, während Forscher Simulationen verfeinern. Die Kombination dieser Beobachtungen mit theoretischen Modellen könnte endlich dazu beitragen, das Rätsel der Dunklen Materie zu lösen.
Dies ist ein entscheidender Schritt, denn beim Verständnis der Dunklen Materie geht es nicht nur darum, unser kosmologisches Bild zu vervollständigen; Es geht darum, die Grundbausteine des Universums zu enthüllen. Die Fähigkeit des JWST, das frühe Universum mit beispielloser Klarheit zu beobachten, bietet die bisher beste Hoffnung, dieses jahrzehntealte Rätsel zu lösen.
