Viele Jahre lang suchen zwei Wissenschaftlerinnen den Beweis für die Dunkle Materie. Nicht nur die Theorie macht ihnen zu schaffen – auch die Männerwelt der Physik.

Jenny Wagner gräbt sich durch riesige Datensätze, analysiert, hinterfragt. Sie berechnet, vergleicht, berechnet wieder, Variable für Variable, Gleichung für Gleichung, jeden Tag, seit mehreren Jahren. Wagner ist Kosmologin, sie forscht zur Dunklen Materie. Man nimmt an, dass es diese Materie gibt – sie könnte einige Phänomene erklären, die sich im Universum beobachten lassen. Doch auch nach über 40 Jahren Forschung gibt es keinen Beweis für ihre Existenz. »Es ist verständlich, dass Menschen langsam zweifeln, ob Dunkle Materie real ist«, sagt Jenny Wagner. Und dennoch forscht die Wissenschaftlerin an der Universität Heidelberg mit ganzer Leidenschaft an diesem Thema. 

Noch immer ist es ein großes Rätsel, woraus das Universum besteht. Klar ist bisher nur, dass Atome – aus denen Planeten oder auch wir Menschen bestehen – lediglich einen kleinen Teil davon ausmachen. Und der Rest? »Dunkle Materie ist eine mögliche Theorie«, sagt Jenny Wagner. »Aber ist es die einfachste? Die einzige? Das wissen wir schlicht nicht.« Es sei die beste, die es derzeit gebe.

Was ist Dunkle Materie?

Im Laufe der Jahrzehnte hat die Wissenschaft folgenden Steckbrief über diese mysteriöse Materie zusammenzutragen: Dunkle Materie sendet kein Licht und reflektiert es auch nicht. Ihre Teilchen sind in der Lage, andere Materie zu durchdringen. Doch woher sie kommt und woraus sie besteht, ist nicht bekannt. Bisher scheint eher klar zu sein, woraus sie nicht besteht: aus Gas, Atomen, irgendeiner uns bekannten Substanz. Das wichtigste Indiz für die Existenz Dunkler Materie ist ihre Auswirkung auf ihre Umgebung und andere Himmelskörper: ihre Gravitation.

Die Gravitation war es auch, die eine andere Forscherin in den 1970er-Jahren überhaupt auf die Dunkle Materie stoßen ließ: Vera Rubin, die Grande Dame der Galaxienforschung. Im Laufe ihrer Karriere forschte Rubin zu mehr als 200 Galaxien. Die Entdeckung, die sie zur Dunklen Materie führte, machte sie in der Andromedagalaxie: Gemeinsam mit ihren Kolleg:innen an der Carnegie Institution of Washington bestimmte die Astronomin die Umlaufgeschwindigkeit von Sternen, die sich in unterschiedlichem Abstand zum Zentrum der Galaxie bewegten. Was sie erwartete: Die weit entfernten Sterne würden sich langsamer bewegen. Schließlich übt ein schweres Objekt, das Zentrum einer Galaxie etwa, Gravitationskraft aus. Und diese Kraft wird geringer, je weiter sich ein Körper von diesem Objekt entfernt. Das besagt nicht irgendwer – sondern Isaac Newton und Albert Einstein, mit dem Gravitationsgesetz und der Relativitätstheorie. Doch Rubin stellte fest: Selbst weit entfernte Sterne bewegen sich fast genau so schnell wie die Sterne nahe dem Zentrum – zu schnell, den Theorien nach. Wie war das möglich?

Forschen in einer Männerdomäne

Vera Rubin stand vor der Wahl: Newtons Gesetz anzweifeln, das seit fast 300 Jahren Bestand hatte, oder eine eigene Theorie entwickeln? Sie, die in einer Männerdomäne forschte, die schon beim Aufnahmegespräch für das College gefragt wurde, ob sie wirklich Forscherin werden wolle – oder nicht lieber Künstlerin, die astronomische Phänomene malt? Die Astronomin entschied: Die Theorien hatten Bestand, etwas anderes musste ihre Beobachtung erklären, eine neuartige Materie.

Bald schon herrschte breiter wissenschaftlicher Konsens zur Existenz Dunkler Materie. Und mit Rubins Theorie setzte in den 1970er-Jahren eine bemerkenswerte Entwicklung ein: Fachbereiche, die vorher getrennt voneinander gearbeitet hatten, kamen zusammen – Astronomie, Kosmologie, Astrophysik, Teilchenphysik. Und Vera Rubin wurde vielfach ausgezeichnet für ihre Arbeit. Allerdings nie mit dem Nobelpreis. Für das Nobelkomitee schien sie wohl – genau wie viele andere Frauen in der Wissenschaft – wie ihr Forschungsgegenstand, die Dunkle Materie: theoretisch existent, aber nicht wirklich greifbar. Von 1963 bis 2018 wurde keine einzige Frau mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Nicht bewiesen

Doch es war Vera Rubin, die den Grundstein legte für das Thema, an dem nun heute die Heidelberger Kosmologin Jenny Wagner arbeitet. Nach und nach setzte sich die Ansicht durch, dass Dunkle Materie höchstwahrscheinlich aus einem oder mehreren noch unentdeckten Teilchen besteht. Seit einigen Jahren versuchen Forscherteams, diese Materie-Teilchen mit großen Detektoren aufzufangen. Oder zu erzeugen – so etwa im weltweit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Nähe von Genf. Bislang ist beides ohne Erfolg geblieben. Auch Wagner interessiert sich für die Gravitation: »Mich fasziniert, warum Gegenstände auf den Boden fallen und sich Objekte anziehen.« Doch die Gravitation ist kapriziös, selbst für hochdotierte Physiker:innen bleibt sie rätselhaft. »Die Gravitation passt in keine Hutschachtel«, sagt Wagner.

Die meisten Astrophysiker:innen arbeiten heute mit Modellierungen, um Phänomene zu beschreiben. Dabei würden sie zum Teil nicht prüfbare Annahmen über die Verteilung Dunkler Materie im Kosmos machen, erklärt Wagner. Doch heißt das, dass die Dunkle Materie existiert? Nicht zwingend. In einem Workshop, in dem sich Naturwissenschaftler:innen und Philosoph:innen trafen, wurde Wagner kürzlich wieder bewusst: Nur weil man viele Phänomene im Universum mit Dunkler Materie erklären kann, muss sie nicht zwangsläufig existieren. Jenny Wagner ist jedoch optimistisch, dass Wissenschaftler:innen irgendwann den Beweis für die Dunkle Materie finden. Oder aber eine andere Erklärung für die Phänomene des Universums – eine neue beste Erklärung.

Erschienen am 20. Juli 2021