Nicht baryonische materie

Es wurde eine Vielfalt an Elementarteilchen zur Erklärung der DM vorgeschlagen. Sie reicht von "normalen" bis hin zu "exotischen" Elementarteilchen. Meistens werden dann folgende genannt:

a) Neutrinos
(1956 entdeckt von Frederick Reines): Die Neutrinos sind die einzigen Kandidaten, deren Existenz bewiesen ist. Sie entstehen bei Kernfusionsprozessen. So sendet z.B. die Sonne einen Strom an Neutrinos aus (bei der Verschmelzung von Wasserstoff im Zentrum), und auch in "Super- Nova- Explosionen" werden sie freigesetzt.
Um eine ungefähre Vorstellung von der gigantischen Anzahl der Neutrinos im Universum zu bekommen, gibt es eine Faustregel: Auf jede Kernreaktion, die jemals stattgefunden hat und gerade stattfindet, kommt ein Neutrino. Berechnungen deuten darauf hin, dass während des Urknalls annähernd eine Milliarde Neutrinos auf jedes Proton, Neutron und Elektron kam, und in dieser Zahl sind die später in Sternen produzierten Neutrinos noch nicht enthalten.
Nach herkömmlichen Theorien ist es ein Teilchen, das nur sehr schwach mit anderer Materie wechselwirkt. Es hat keine Masse und bewegt sich deshalb mit Lichtgeschwindigkeit fort. Dies würde bedeuten: Wenn das Neutrino masselos ist, übt es keine Schwerkraft aus. Stimmt die herkömmliche Theorie, wäre es also ziemlich egal, wie viele Neutrinos im Universum herumfliegen - Prozesse wie den Gravitationskollaps, der zu Galaxien oder anderen Strukturen führt, könnten sie dann nicht beeinflussen.
In den frühen achtziger Jahren jedoch wurden einige experimentelle Ergebnisse veröffentlicht, aus denen hervorgeht, das Neutrino könnte, entgegen den Beschränkungen der traditionellen Theorie, doch eine winzige Masse haben. Träfe dies zu, würde selbst diese geringe Masse, multipliziert mit der großen Anzahl von Neutrinos im Universum, ohne weiteres eine so große Neutrinogesamtmasse ergeben, dass die Massendichte ihren kritischen Wert erreichte.
Es gibt drei Arten von Neutrinos, die mit Hilfe der großen Beschleuniger entdeckt worden sind: Elektron-, Myon- und Tauneutrinos.
Aus gegenwärtiger Forschung an Neutrinos ergibt sich, dass deren Masse wohl zu klein ist, um die geforderte Menge an DM erklären zu können.


b)WIMPS ( weakly interacting massive particles)
(schwach wechselwirkende massive Teilchen)

z.B. Axionen:
Das Axion ist ein sehr leichtes (aber vermutlich weitverbreitetes) Teilchen, das - vorausgesetzt, es existiert - ähnlich, wie die Hintergrundstrahlung das Universum durchdringen soll. Seine Masse wird auf weniger als ein Millionstel der Elektronenmasse geschätzt. Dunkle Materie würde dann aus Anhäufungen von Axionen oberhalb des allgemeinen Hintergrundniveaus bestehen.
z.B. Supersymmetrische Teilchen wie Photinos und Squarks:
Diese Teilchen werden von Theorien vorausgesagt, die alle Naturkräfte vereinheitlichen. Sie bilden "Partner", analog zu den uns vertrauten Teilchen, sind allerdings viel schwerer. Das Squark ist der supersymmetrische Partner des Quark, das Photino der Partner des Photons, und so weiter. Die leichtesten dieser Teilchen (vermutlich mindestens vierzigmal schwerer als das Proton) könnten die Dunkle Materie bilden.
Jedoch ist nicht eine einzige dieser sehr abstrakten Materieformen je in einem Labor gesichtet worden!!!!!!!!!


c) kosmische Strings:
Kosmische Strings sind lange, eindimensionale Objekte im Raum und sehr massiv. Auf der Erdoberfläche würde ein Stück String, das so lang wie der Durchmesser eines Atoms ist, eine Million Tonnen wiegen. Folglich eignen sie sich hervorragend dafür, im Verlauf der Bildung großräumiger Strukturen im Universum die Rolle der Dunklen Materie zu spielen. Strings können als Nebenprodukt (ein Defekt, als das GUT- Einfrieren die Strings so gestaltete, wie Eis Strukturen auf einem zufrierenden Teich) des Einfrierungsprozesses gesehen werden, als das Universum 1035 Sekunden alt war. Sie tragen auch keine elektrische Ladung, so dass sie nicht - wie gewöhnliche Teilchen - mit Strahlung wechselwirken. Sie üben Gravitationsanziehung aus und konnten im frühen Universum nicht durch Strahlendruck aufgelöst werden.
Als die gewöhnliche Materie nach und nach die verschiedenen Einfrierstadien durchlief, blieben die Strings im Hintergrund und entwickelten sich nach ihren eigenen Gesetzen. Während dieser Zeit übten sie Gravitationsanziehung auf die übrige Materie aus und verursachten dadurch deren Anhäufung zu Verdichtungen, die schließlich zu Galaxien wurden. Diese Ansammlungen von Materie um die Strings bestanden sowohl aus Dunkler als auch aus gewöhnlicher Materie, da beide Materiearten von der Gravitation beeinflusst werden.
Da ein String reine Energie ist, gibt er Gravitationswellen ab, solange bis er sich förmlich todgestrahlt hat und verschwindet.
Im Augenblick scheinen kosmische Strings in den Augen vieler Wissenschaftler die aussichtsreichste Möglichkeit zu bieten, das Problem der großräumigen Struktur des Universums zu lösen.
GUT: Der Grundgedanke der Grand Unified Theory besagt: Die starke Kernkraft wird schwächer bei hoher Energie. Dagegen werden die elektromagnetische Kraft und die schwache Wechselwirkung bei hoher Energie stärker. Bei einer gewissen, sehr hohen Energie, große Vereinheitlichungsenergie genannt, hätten alle diese drei Kräfte die gleiche Stärke und könnten sich als verschiedene Aspekte einer einzigen Kraft erweisen. Weiters wären bei dieser Energie die verschiedenen Materieteilchen mit dem Spin ½ wie zum Beispiel Quarks und Elektronen im wesentlichen dieselben, womit es zu einer weiteren Vereinheitlichung käme.

d) Schwarze Löcher:
Es ist denkbar, dass das frühe Universum einen sogenannten Phasenübergang durchlaufen hat. Das Kochen und Gefrieren von Wasser sind Beispiele für Phasenübergänge. Dabei entwickelt ein zunächst gleichförmiges Medium, wie Wasser Unregelmäßigkeiten (bei Wasser wären das Eisklumpen oder Dampfblasen). Diese Unregelmäßigkeiten könnten kollabieren und Schwarze Löcher bilden.
Siehe Schwarze Löcher !