„Dark Big Bang“: Gab es einen zweiten Urknall?

Wie die Dunkle Materie entstanden ist, weiß bis heute niemand sicher. Eine neue Theorie aus den USA vermutet ihren Ursprung nun in einem zweiten Urknall – dem „Dark Big Bang“.

Von Insa Germerott
Veröffentlicht am 17. März 2023, 15:42 MEZ
Sterne und Galaxien vor dem Dunkel des Alls.

Die ersten Galaxien, die aus sichtbarer Materie nach dem Urknall entstanden sind. Nicht sichtbar, aber trotzdem vorhanden: die Dunkle Materie, die bis zu 80 Prozent unseres Universums ausmacht – und möglicherweise in einem zweiten Urknall entstanden ist. 

Foto von NASA, ESA, CSA, STScI

Mit dem Urknall hat alles begonnen: Vor 13,8 Milliarden Jahren enstand durch ihn unser gesamtes Universum – also Raum, Zeit und Materie. Doch stimmt das? Eine neue Theorie der Astrophysikerin Katherine Fresse und des Astrophysikers Martin Wolfgang Winkler von der University of Texas in Austin könnte dieses Verständnis demnächst auf die Probe stellen. 

Denn laut dieser könnte ein Großteil unseres Universums – die Dunkle Materie – erst nach dem eigentlichen Urknall entstanden sein. Und zwar im Rahmen eines zweiten Urknalls: dem „Dark Big Bang“. Die Studie von Freese und Winkler erschien auf dem Preprint-Server arxiv, ein Peer-Review steht noch aus. 

Sind sichtbare und Dunkle Materie getrennt entstanden?

Sie stellt vermutlich das mysteriöseste Forschungsgebiet der Astrophysik dar, konnte ihre Existenz doch bis heute nicht zweifelsfrei bewiesen werden: die Dunkle Materie, die Forschenden seit Jahrzehnten Rätsel aufgibt. Laut der Wissenschaft könnte diese unsichtbare Materie bis zu 80 Prozent unseres Universums ausmachen. Woraus sie besteht und wie sie entstanden ist, weiß allerdings niemand. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuteten bislang, dass sie mit der restlichen Materie beim Urknall entstanden sein muss. 

“Es gibt keinen wirklichen Grund für einen gemeinsamen Ursprung von sichtbarer und Dunkler Materie – außer der Einfachheit halber. ”

von Katherine Freese & Martin Wolfgang Winkler
University of Austin (Texas)

Doch nun argumentieren die Forschenden aus den USA, dass die Dunkle Materie nicht gemeinsam mit dem Rest des Universums entstanden sein könnte. „Die Ursprünge von Materie und Strahlung liegen im heißen Urknall“, heißt es in der Studie. Es gebe allerdings keinen wirklichen Grund dafür, anzunehmen, dass die Dunkle Materie damals gleichzeitig mit der sichtbaren Materie entstanden ist – außer der Einfachheit halber. 

Die Forschenden erklären außerdem, dass trotz jahrelanger experimenteller Suche „keine direkten nicht-gravitativen Wechselwirkungen zwischen sichtbarer und dunkler Materie“ nachgewiesen werden konnten. Ein Anzeichen dafür, dass sie nicht zwangsläufig gemeinsam entstanden sein müssen. 

Dunklen Materie entstand bis zu einem Monat nach dem Urknall

Freese und Winkler stellen stattdessen die Hypothese auf, dass sich die Dunkle Materie durch einen sogenannten Phasenübergang erster Ordnung gebildet haben könnte. Laut Theorie könnte das folgendermaßen abgelaufen sein: Neben der normalen, sichtbaren Materie erzeugte der Urknall auch ein dunkles Quantenfeld, das nicht direkt zerfallen ist. In der Anfangsphase des Universums kühlte die normale Materie daraufhin zu Atomen ab – dieser Prozess ist als BBN-Theorie, als sogenannte primordiale Nukleosynthese, bekannt und passierte etwa 100 bis 1.000 Sekunden nach dem Urknall. 

Wissen kompakt: Dunkles Universum
Der Weltraum ist für uns nach wie vor das große Unbekannte, aber wenig daran ist so mysteriös wie Dunkle Materie und Dunkle Energie. Lernt etwas über die Grundlagen dieser geheimnisvollen Bestandteile des Alls und darüber, wie Wissenschaftler die kaum messbaren Phänomene untersuchen.

Um diesen Zeitpunkt herum zerfiel schließlich auch das dunkle Quantenfeld und löste so einen zweiten Urknall aus: den „Dark Big Bang“. Er bewirkte, dass sich in den Wochen darauf die dunkle Materie bildete. Dieser Prozess könnte laut den Forschenden noch bis zu einem Monat nach dem Urknall stattgefunden haben – „nach kosmologischen Maßstäben fast eine Ewigkeit“. 

Dark Big Bang“ ist nachweisbar

Das Besondere an der neuen Theorie ist, dass so ein zweiter, dunkler Urknall mit modernen Messinstrumenten potenziell nachweisbar wäre. Er würde Spuren in Form von Gravitationswellen hinterlassen, die man möglicherweise in sehr kompakten Himmelskörpern – den Pulsaren – beobachten könnte. 

Die Forschenden weisen auf ein Forschungsprojekt namens International Pulsar Timing Array (IPTA) hin, das sehr niedrig frequentierte Gravitationswellen im Universum aufspürt. Möglicherweise könnten im Rahmen des Projekts sogar bereits unwissend erste Hinweise auf den „Dark Big Bang“ gesammelt worden sein. 

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