Die Dunkle Materie des sog. Halo einer Galaxie

Etwa 1 Mio. Jahre nach dem Urknall führte die Entkopplung der Strahlung dazu, dass die Materie zunehmend unter den Einfluss der Gravitation geriet. Dieser entscheidende Moment in der kosmischen Geschichte markierte den Beginn der Formation großräumiger Strukturen im Universum.

Die Rolle der Quantenfluktuationen

Ausgehend von räumlichen Dichteschwankungen, die möglicherweise bereits in der inflationären Phase durch Quantenfluktuationen entstanden sind, bildeten sich nun die großräumigen Strukturen im Kosmos.

Bereits in der inflationären Phase des Universums, geprägt durch Quantenfluktuationen, entstanden räumliche Dichteschwankungen. Diese Schwankungen waren der Grundstein für die spätere Bildung der kosmischen Strukturen.

Kollabieren der Materie und Bildung des Galaktischen Halos

Dabei begann die Materie in den Raumgebieten mit höherer Massedichte als Folge gravitativer Instabilität zu kollabieren und Masseansammlungen zu bilden. Zuerst bildete sich – so die gängige Theorie – aus Dunkler Materie der sog. Halo einer Galaxie (von altgriechisch ἅλως hálōs ‚Lichthof‘), der als Gravitationssenke wirkte.

Es war ein annähernd kugelförmiger Bereich, der größer ist, als die Galaxie selbst, und in dessen Zentrum die Galaxie eingebettet ist bzw. schwebt.

Ansiedlung der sichtbaren Materie

In diesem Halo sammelte sich später die für uns sichtbare Materie.

Dieser Vorgang verdeutlicht die essenzielle Bedeutung der Dunklen Materie für die Struktur und Entwicklung von Galaxien.

Die Einflussnahme auf Sterne

Die Bahngeschwindigkeit eines innen rotierenden Sterns wird von vergleichsweise wenig Dunkler Materie beeinflusst. Sterne auf einer außenliegenden Umlaufbahn stehen in Bezug auf ihr Tempo unter dem Einfluss von weit mehr dunkler Materie.

So kommt es, dass die äußeren Sterne eine ähnlich hohe Geschwindigkeit wie die inneren Sterne erreichen. Die dem Strahlungsdruck unterliegende baryonische Materie hatte keine ausreichende Dichte, um ohne Hilfe der Dunklen Materie so früh zu großräumigen Strukturen zu verklumpen, dass sich die daraus resultierenden Temperaturschwankungen heute noch in der Hintergrundstrahlung beobachten lässt.

Bedeutung für großräumige Strukturen

Ohne Dunkle Materie würde die Entstehung großräumiger Strukturen, wie der Wabenstruktur aus Voids und Filamenten, ebenso wie die Entstehung eher kleinerer Strukturen, wie Galaxien, viel länger dauern als das Alter des Universums, das sich aus den Urknall-Modellen ergibt.

Schlussgedanken: Die Unverzichtbarkeit Dunkler Materie

Abschließend lässt sich festhalten, dass ohne Dunkle Materie die Entstehung komplexer Strukturen im Universum, wie die charakteristische Wabenstruktur aus Voids und Filamenten sowie kleinere Strukturen wie Galaxien, deutlich länger gedauert hätte, als es das Alter des Universums, basierend auf den Urknall-Modellen, zulässt. Dunkle Materie ist somit ein unverzichtbarer Bestandteil für das Verständnis der kosmischen Evolution.