Die Gravitationsfrage hat den Blick von einzelnen Körpern auf ihren Zusammenhang gelenkt. Bei Galaxien wird diese Perspektive besonders wichtig: Aus ihrem Licht und aus ihren Bewegungen lässt sich nicht immer dieselbe Massenverteilung erschließen. Das Buch fragt, ob neben gewöhnlicher Materie eine weitere Art beständiger Feldordnung möglich wäre.
Eine Galaxie auf zwei Wegen wiegen
Eine Galaxie muss nicht auf einer Waage liegen, damit sich ihre Masse untersuchen lässt. Ein Weg beginnt bei ihrem Licht: Welche Sterne sind vorhanden, wie viel Gas kommt hinzu, und welche gewöhnliche Materie lässt sich daraus abschätzen? Ein zweiter Weg betrachtet, wie sich Sterne und Gas bewegen. Dann wird gefragt, welche gravitative Umgebung zu diesen Bewegungen passt.
In vielen äußeren Galaxienbereichen sind die gemessenen Umlaufgeschwindigkeiten höher, als die erfasste gewöhnliche Materie allein erwarten lässt. Eine Rotationskurve macht diese Beziehung zwischen Abstand und Geschwindigkeit sichtbar. Gesucht wird dabei mehr als eine Erklärung für einen einzigen ungewöhnlichen Stern. Das gleiche Modell muss unterschiedliche Galaxien mit ihren jeweiligen Verteilungen erfassen.
Auch Licht kann die gravitative Umgebung anzeigen. Es wird auf seinem Weg durch eine solche Umgebung abgelenkt. Aus den Verzerrungen ferner Hintergrundgalaxien lassen sich Gravitationslinsenkarten gewinnen. Eine Erklärung muss deshalb beides leisten: passende Bewegungen und passende Lichtwege.
Warum eine Kollision besonders aufschlussreich ist
Im Bullet Cluster sind Galaxienhaufen miteinander kollidiert. Das heiße Gas wurde dabei gebremst, während die Galaxien weiterzogen. Die aus den Linseneffekten erschlossenen Massenkonzentrationen liegen eher bei den Galaxien als beim größten Teil des gewöhnlichen Gases. Die im Buch verwendete Arbeit von Clowe und Mitautoren macht diese räumliche Trennung zu einem wichtigen Prüfstein.
Für eine unsichtbare Feldordnung hätte das eine konkrete Bedeutung. Sie dürfte nicht einfach dort eingezeichnet werden, wo gerade das meiste sichtbare Gas liegt. Sie müsste eine eigene Entwicklung besitzen und den Zusammenstoß auf eine bestimmte Weise überstehen. Das Ergebnis stützt eine zusätzliche unsichtbare Komponente, sagt für sich genommen aber noch nicht, welche Teilchen oder Feldzustände sie bilden.
Eine ausgedehnte Form statt einzelner Materieknoten
Eine Saite kann eine Schwingung tragen, die sich über ihre Länge erstreckt. Die Schwingung ist kein kleines zusätzliches Ding an einer einzelnen Stelle. Ihre bestimmte Form liegt im gemeinsamen Verlauf der Bewegung. Trotzdem kann sie Energie übertragen und auf Störungen reagieren. Das Buch nutzt dieses Bild, um eine ausgedehnte, wirksame Ordnung vorstellbar zu machen.
Der UPF-Vorschlag lautet, dass sich neben den gewöhnlichen Materieknoten auch größere Feldbündelungen ausbilden können. Ihre Beständigkeit läge in den Beziehungen eines ganzen Bereichs. Sie müssten nicht dieselbe Aufteilung in Materiebausteine besitzen, aus denen Atome und leuchtende Körper entstehen.
Für eine Deutung dunkler Materie wären drei Eigenschaften entscheidend: Die Konfiguration müsste lange genug bestehen, die Gravitation mitbestimmen und so schwach oder anders elektromagnetisch gekoppelt sein, dass sie weder wie Sterne leuchtet noch wie gewöhnlicher Staub absorbiert. „Dunkel“ wäre dann keine Farbe. Es bezeichnete eine bestimmte Art, wie die Konfiguration mit Licht und gewöhnlicher Materie verbunden ist.
Ein eigener Beitrag zur physikalischen Bilanz
Im hier verfolgten Vorschlag trägt die Bündelung zusätzlich zur gravitativen Wirkung bei. Das ist von einer Änderung des Gravitationsgesetzes zu unterscheiden, bei der dieselbe bekannte Materie anders auf Bewegungen und Licht wirkt. Beide Wege würden andere Modelle ergeben. Das Buch stellt bei der Bündelung eine eigenständig beständige Konfiguration in den Vordergrund.
Das Wort Feldordnung erspart die Beschreibung ihrer Eigenschaften nicht. Es müsste erklärt werden, wie die Bündelung entsteht, weshalb sie sich nicht rasch in gewöhnliche Materie umwandelt und welche räumlichen Profile sie besitzt. Ihre Verteilung müsste auch zur frühen kosmischen Entwicklung passen. Nachträglich für jede Beobachtung eine beliebige Form zu wählen, wäre noch keine gemeinsame Erklärung.
Gerade die Verbindung verschiedener Beobachtungen macht den Vorschlag anspruchsvoll. Galaxienbewegungen, Lichtablenkung, Kollisionen und kosmische Vorgeschichte sollen sich gegenseitig begrenzen. Darin läge der Gewinn gegenüber einem bloßen neuen Namen für das Unbekannte.
Eine zweite Frage an die großen Abstände
Dunkle Materie betrifft vor allem zusätzliche gravitative Struktur und Bindung. Die beschleunigte kosmische Expansion stellt eine andere Aufgabe. Das Buch trennt beide Phänomene auch in seiner Felddeutung: Auf die Bündelung folgt die Frage, wie sich großräumige Beziehungen verändern könnten.