Aus dem Universum, das wir durch unsere Teleskope sehen, müssen wir schließen, dass wir nicht verstehen, wie die Schwerkraft außerhalb unseres Sonnensystems wirkt. Sterne bewegen sich schneller um ihre Galaxien, als sie sollten; Galaxien bewegen sich innerhalb ihrer Haufen so schnell, dass sie in den intergalaktischen Raum entweichen sollten; Lichtstrahlen, die durch Regionen mit hoher Galaxiendichte gehen, werden stärker gekrümmt, als es die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.

Wir scheinen die Geschichte des Universums nicht besser zu verstehen: nach den ersten Augenblicken gibt es anscheinend viel mehr primordiales Deuterium und weniger Helium-4, als wir angesichts der Menge an Materie, die wir beobachten, erwarten sollten; die Temperaturschwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der zu der Zeit gebildet wurde, als die Atome zum ersten Mal auftauchten, zeigen Materieüberdichten, die nicht ausreichen, um die Galaxien zu erzeugen, die wir derzeit beobachten. Darüber hinaus können die großräumigen Strukturen, die wir sehen können, wie z. B. Filamente aus Millionen von Galaxien und große Leerräume, in unseren Computersimulationen nicht reproduziert werden, wenn man die Menge an baryonischer Materie (d. h. Protonen und Neutronen) annimmt, die im ursprünglichen Universum beobachtet wurde. Und schließlich können wir nicht einmal die Reihenfolge der Strukturbildung nachvollziehen: Die von uns vorhergesagte Reihenfolge (zuerst Sterne, dann Galaxien, Galaxienhaufen, Superhaufen und schließlich Filamente) kann nicht aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund reproduziert werden.

Wie gesagt: Wir verstehen nichts.

Es sei denn…

Es sei denn, wir nehmen an, dass es neben der baryonischen Materie noch eine andere Art von Materie gibt, die weder mit Baryonen noch mit Licht wechselwirkt. Diese hypothetische Substanz wurde als dunkle Materie bezeichnet… schon vor 84 Jahren! Die dunkle Materie wirkt wie ein Allheilmittel: Sie bringt im Grunde alles in Ordnung, oder fast alles… aber um den Preis, dass wir akzeptieren müssen, dass der einzige Beweis für ihre Existenz die Gravitationseffekte sind, die wir gerade beschrieben haben.

Es ist also ganz natürlich, dass die Gemeinschaft ziemlich verzweifelt versucht zu verstehen, was dunkle Materie ist. Eine der am meisten akzeptierten Hypothesen ist, dass sie aus neuen, noch zu entdeckenden Elementarteilchen bestehen könnte; unter ihnen haben WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) starke Unterstützung in der Gemeinschaft. Eine Möglichkeit, diese WIMPs zu finden, ist der Versuch, sie bei Kollisionen in Teilchenbeschleunigern zu erzeugen. Wir versuchen auch, die Teilchen in unserer Umgebung aufzuspüren, indem wir ihre sehr seltenen Wechselwirkungen mit normaler Materie identifizieren, eine Methode, die als „direkter Nachweis“ bezeichnet wird. Schließlich suchen wir auch nach den Effekten, die sie hervorrufen sollten, wenn sie sich in großen astrophysikalischen Objekten ansammeln; in diesen Umgebungen ist die Dichte der dunklen Materie ausreichend, damit die Teilchen sich vernichten und Teilchen erzeugen, die wir tatsächlich nachweisen können.

Eine Gruppe von IFIC-Forschern nutzt die letztgenannte Methode, um in den Daten des Neutrinoteleskops ANTARES nach dunkler Materie zu suchen. In einem kürzlich in der Fachzeitschrift Physics Letters B veröffentlichten Artikel haben Wissenschaftler der ANTARES/KM3NeT-Gruppe am IFIC nach hochenergetischen Neutrinos gesucht, die aus dem Zentrum der Milchstraße kommen … und sie haben kein Signal gefunden. Dies hat es ihnen ermöglicht, die WIMP-Annihilation im Zentrum der Galaxis sehr streng zu begrenzen. Die Tatsache, dass sich ANTARES auf der Nordhalbkugel der Erde befindet und daher die südliche Hemisphäre des Himmels, wo sich das galaktische Zentrum befindet, optimal beobachten kann, macht seine Ergebnisse sehr konkurrenzfähig, sogar besser als die seines viel größeren Partners, des Neutrinoteleskops IceCube, das am Südpol betrieben wird, und sogar besser – im Bereich der sehr schweren WIMP – als die von Gammastrahlendetektoren gesetzten Grenzen.

Diese Arbeit, zusammen mit einer ähnlichen Suche in der Sonne, war das Hauptthema der Doktorarbeit von Christoph Tönnis, einem Doktoranden des Santiago Grisolia Programms der Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana, der von den IFIC-Forschern Juan José Hernández Rey und Juan de Dios Zornoza Gómez betreut wurde.