Neues Modell postuliert ultrarelativistische Trennung der Dunklen Materie im frühen Universum

Im Januar 2026 veröffentlichte die renommierte Fachzeitschrift "Physical Review Letters" eine Forschungsarbeit, die die bisherigen kosmologischen Vorstellungen über die Entstehung der Dunklen Materie grundlegend revidiert. Wissenschaftler der University of Minnesota Twin Cities sowie der University of Paris-Saclay präsentierten ein innovatives Modell, nach dem sich die Dunkle Materie im sehr frühen Universum in einem ultrarelativistischen, also extrem heißen Zustand abgespalten haben könnte. Trotz dieses hochenergetischen Beginns gelang es der Materie laut den Berechnungen, rechtzeitig auf jene Temperaturen abzukühlen, die für die spätere Formierung der heute beobachteten kalten Dunklen Materie zwingend notwendig sind.

Diese Untersuchung stellt ein zentrales Dogma der modernen Physik infrage, welches besagt, dass Dunkle Materie bereits zum Zeitpunkt ihres sogenannten "Einfrierens" während der Phase der nachexpansiven Wiederaufheizung kalt gewesen sein muss. Historisch gesehen war die Annahme kalter Dunkler Materie unumgänglich, da eine heiße Variante – vergleichbar mit massearmen Neutrinos – die Entwicklung großräumiger Strukturen im Kosmos unterdrückt hätte. Professor Keith Olive von der University of Minnesota hat in der Vergangenheit mehrfach auf diese kritische Einschränkung hingewiesen, da eine solche Unterdrückung die gesamte strukturelle Evolution des Universums massiv beeinträchtigt hätte.

Der Hauptautor der Studie, Steven Henrich, ein Doktorand an der School of Physics and Astronomy der University of Minnesota, erläuterte, dass Dunkle Materie für die gravitative Strukturbildung zwar zwingend kalt sein muss, dies jedoch nicht für den Moment ihrer ursprünglichen Abspaltung im primordialen Universum gilt. Das Forschungsteam analysierte die Produktionsmechanismen der Dunklen Materie während der hochenergetischen Ära nach der Inflation. Dabei konnten sie demonstrieren, dass eine ultrarelativistische Trennung ein ausreichend großes Zeitfenster für die Abkühlung bietet, bevor die kosmische Strukturbildung einsetzt, womit alle bestehenden Beobachtungsdaten und physikalischen Einschränkungen erfüllt werden.

Professor Yann Mambrini von der University of Paris-Saclay, ein Mitautor der Studie, hob hervor, dass diese Arbeit einen Zeitraum der Universumsgeschichte beleuchtet, der zeitlich extrem nah am Urknall liegt und die Eigenschaften der Dunklen Materie direkt mit der Physik der Wiederaufheizung verknüpft. Die theoretischen Modelle deuten darauf hin, dass Dunkle Materie mit einer Masse von mehr als einigen tausend Elektronenvolt bis zur Epoche des strukturellen Wachstums auf etwa ein Elektronenvolt abkühlt. Dieser Wert steht im Einklang mit den präzisen Messungen aus Galaxien-Surveys und der kosmischen Hintergrundstrahlung. Dies erweitert den Spielraum für theoretische Modelle wie WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) und FIMPs (Feebly Interacting Massive Particles) erheblich.

Dieses theoretische Ergebnis, das durch das Programm "Horizon 2020" der Europäischen Union im Rahmen eines Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiums gefördert wurde, wartet nun auf seine empirische Verifizierung. Die Forscher planen für die Zukunft umfangreiche Tests unter Einsatz von Teilchenbeschleunigern, unterirdischen Streuexperimenten sowie astrophysikalischen Sonden, um die Hypothese der ultrarelativistischen Trennung zu untermauern. Die Studie liefert eine deutlich flexiblere Perspektive auf das frühe Universum, in der die chaotische Phase der Wiederaufheizung eine wesentlich entscheidendere Rolle bei der Festlegung der endgültigen Merkmale der Dunklen Materie spielt, als die Wissenschaft bislang vermutete.