Robert Klatt
Ein neues Modell postuliert eine nicht lokale Wechselwirkung zwischen der Dunklen Materie und der Gravitation. Sollte das Modell zutreffen, könnte dies Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie widerlegen.
Triest (Italien). Isaac Newton hat in seinem 1687 erschienenen Hauptwerk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica seine Gravitationstheorie publiziert, laut der die Gravitation eine Kraft ist, die augenblicklich über den Raum wirkt. Laut Newton spürt ein Planet die Gravitation eines anderen Objekts im Universum unabhängig von ihrer Entfernung sofort. Albert Einstein nutzte die Gravitationstheorie anschließend zur Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie, laut der die Gravitation eine lokale Verformung der Raumzeit ist.
In der Physik existiert zudem das Prinzip der Lokalität, laut dem ein Objekt nur durch seine unmittelbare Umgebung beeinflusst wird. Entfernte Objekte könnten laut diesem Prinzip also nicht sofort kommunizieren. Im Laufe des letzten Jahrhunderts entdeckten Physiker jedoch mit der Entwicklung der Quantenmechanik, dass nicht lokale Phänomene nicht nur existieren, sondern für das Verständnis der Realität grundlegend sind.
Forscher des Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) haben im The Astrophysical Journal nun eine Studie publiziert, laut der Dunkle Materie auf nicht lokale Weise mit der Gravitation interagiert. Welche Wechselwirkungen zwischen Dunkler Materie und der Gravitation bestehen, gehört zu den grundlegenden Fragen der Astrophysik.
„In den letzten Jahrzehnten hat die wissenschaftliche Gemeinschaft große Anstrengungen unternommen, um diese rätselhaften Phänomene zu verstehen, aber viele Fragen bleiben unbeantwortet. Um die Natur der Dunklen Materie und ihre Wechselwirkung mit der Gravitation zu erforschen, ist vielleicht ein neuer Ansatz erforderlich.“
Um diese Nichtlokalität zu modellieren, wurde Bruchrechnung eingesetzt, ein mathematisches Werkzeug, das erstmals im 17. Jahrhundert entwickelt wurde und kürzlich Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Physik gefunden hat. Die Leistungsfähigkeit dieser Rechnung wurde bisher nie in der Astrophysik getestet.
„Wir haben uns gefragt, ob die Bruchrechnung der Schlüssel zum Verständnis der mysteriösen Natur der Dunklen Materie und ihrer Wechselwirkung mit der Gravitation sein könnte, und überraschenderweise haben experimentelle Ergebnisse an Tausenden Galaxien unterschiedlicher Typen gezeigt, dass das neue Modell die Bewegung der Sterne im Vergleich zur Standardtheorie der Gravitation genauer beschreibt.“
Laut den Autoren entsteht die Nichtlokalität durch ein gemeinsames Verhalten der Teilchen der Dunklen Materie innerhalb eines Systems. Besonders relevant ist dies zum Beispiel in kleineren Galaxien. Ein gründliches Verständnis dieses Phänomens könnte uns näher an die wahre Natur der Dunklen Materie heranführen.
„Es bleiben jedoch noch viele Fragen zu beantworten. Wie genau entsteht die Nichtlokalität? Welche Auswirkungen hat sie auf größere Strukturen wie Galaxienhaufen oder auf das Phänomen der Gravitationslinsen, das es uns ermöglicht, entfernte Himmelskörper zu beobachten?“
Sollte das neue Modell der Physiker zutreffen, bedeutet dies, dass das Standardmodell der Kosmologie überdacht werden muss und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie nicht zutrifft.
The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/acc8ca
