Als Dunkle Materie bezeichnen die Kosmologen eine hypothetische Form der Materie, die zu wenig Licht aussendet oder reflektiert, um sichtbar zu werden. Ihre Wirkung entfaltet sie „im Geheimen“ – durch die von ihr ausgehende Schwerkraft.

„Hinweise auf die Existenz der Dunklen Materie ergeben sich aus der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit der Sterne um das Zentrum der Milchstraße“, sagte Maitzen. Der gebürtige Grazer lehrt seit 1976 am Astronomie-Institut der Universität Wien und war Koordinator des Vorbereitungskomitees für den Beitritt Österreichs zur Europäischen Südsternwarte (ESO), der im April 2008 erfolgte.

Die Sterne rotieren demnach nicht mit der Geschwindigkeit, die sie nach dem 3. Kepler’schen Gesetz eigentlich haben müssten. Aus diesem Gesetz würde folgen, dass sich Sterne am Rand der Galaxie langsamer bewegen als solche, die dem Zentrum näher liegen. Tun sie aber nicht. Vielmehr bleibt ihre Geschwindigkeit konstant oder nimmt sogar zu.

Das 3. Kepler’sche Gesetz (=Gesetz von den Umlaufzeiten), das Johannes Kepler in seiner Linzer Zeit formulierte und 1619 in dem Werk „Harmonices mundi“ veröffentlichte, besagt: Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Himmelskörper stehen zueinander im gleichen Verhältnis wie die dritten Potenzen ihrer Abstände vom Zentralkörper (gilt etwa für die Bahnen von Erde und Mars, siehe Kasten unten!).

Diesem Gesetz folgen zwar alle Körper in unserem Sonnensystem, in der Milchstraße verliert es aber seine Gültigkeit. Dort würde sich ein hypothetischer Mars in größerer Entfernung vom Milchstraßenzentrum im Verhältnis zu einer hypothetischen Erde genauso rasch oder sogar rascher bewegen. Und das scheint nur möglich zu sein, wenn von außen eine zusätzliche Gravitation einwirkt.

Wie ein Kaiserschmarr’n

Die Dunkle Materie dürfte die Menge der sichtbaren Materie im Kosmos um das Vier- bis Fünffache übertreffen. Ihrer Wirkung dürfte es auch zuzuschreiben sein, „dass die Galaxien nicht wie ein Kaiserschmarr’n auseinandergerissen werden“, erklärte Maitzen. Sie bildet eine Art Käseglocke, die die Galaxien umschließt und zusammenhält.

„Wäre die Dunkle Materie gasförmig, würde sie eine Temperatur haben und wäre dadurch nachweisbar“, sagte Maitzen. Vielleicht besteht sie aus noch unentdeckten Elementarteilchen, die nur der Gravitation und der Schwachen Wechselwirkung unterliegen. Diese „WIMPs“ (Weakly Interacting Massive Particles) soll der Large Hadron Collider des Europäischen Zentrums für Teilchenphysik in Genf nachweisen. Sollten sich mit ihm keine WIMPs finden lassen, könnte das bedeuten, dass es die Dunkle Materie doch nicht gibt. Dann böte sich eine alternative Erklärung an: dass Newtons Gravitationsgesetz, wonach die Schwerkraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, für große Maßstäbe nicht mehr gilt.