Es gibt viele, teils voneinander unabhängige Indizien und Nachweismethoden für die dunkle Seite der Welt. Sie passen erstaunlich gut zusammen.
Dynamik der Galaxienhaufen: Die Bewegungen von Galaxien, die wie Mückenschwärme im All umherfliegen, verraten die gesamte Masse, auch die unsichtbare.
Gravitationslinsen: Masse krümmt den Raum und somit auch die Bahn von Lichtstrahlen. Galaxien und Galaxienhaufen können das Licht von weiter entfernten Galaxien im Hintergrund sogar zu Geisterbildern aufspalten und verstärken. Aus der Rekonstruktion der Lichtverläufe lässt sich die Gravitationslinse im Vordergrund quasi „wiegen”.
Schwache Linseneffekte: Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie beeinflussen große Massen das Erscheinungsbild von Lichtquellen ringsum. Das lässt sich nur mit statistischen Methoden zeigen, sodass zahlreiche Galaxien vermessen werden müssen.
Mikrogravitationslinsen: Falls die Dunkle Materie aus kompakten Objekten besteht, verstärken diese kurzfristig und charakteristisch die scheinbare Helligkeit von Sternen, die im Hintergrund vorüberziehen.
Galaxien-Dynamik: Durch genaue Messungen der Bewegungen von Gaswolken, Kugelsternhaufen oder Spiralarmen kann man „ Rotationskurven” erstellen und damit die Materieverteilung in und um die Sterneninseln berechnen.
Primordiale Nukleosynthese: Die Entstehung und Häufigkeit der leichten Elemente im Urknall lässt sich sehr genau berechnen. Das setzt der noch unentdeckten normalen Materie enge Grenzen. Obwohl der Löwenanteil der leuchtenden Masse nicht in Sternen steckt, sondern im Gas zwischen den Galaxien, und obwohl es mehr lichtschwache Rote Zwergsterne gibt als lange gedacht, reicht die im Urknall entstandene Menge gewöhnlicher Atomkerne bei Weitem nicht aus, um das Problem der fehlenden Masse in Galaxien und Galaxienhaufen zu lösen.
Kosmische Hintergrundstrahlung: Im Muster der winzigen Temperaturschwankungen des Restleuchtens vom Urknall ist sowohl die Gesamtenergiedichte im All als auch der Anteil der einzelnen Komponenten davon „codiert”. Das erlaubt einen direkten Rückschluss auf die Teilmenge der Dunklen Materie. In Übereinstimmung mit anderen Messungen hat sich gezeigt: Die gewöhnliche Materie macht heute nur 4,4 Prozent der Gesamtenergiedichte aus, die Dunkle Materie 23 Prozent – und mehr als 72 Prozent bestehen aus einer seltsamen Dunklen Energie.
Kosmische Strukturbildung: Die Entstehung von Galaxien, Haufen und Superhaufen lässt sich nur mit Dunkler Materie als „ Kondensationskeim” erklären. Umfangreiche Computersimulationen haben diese Entwicklung vom Urknall bis heute im Detail berechnet.
Baryonische Akustische Oszillationen: Schallwellen im Urgas haben sowohl in der Kosmischen Hintergrundstrahlung als auch in der Bildung der Galaxienhaufen einen charakteristischen „Abdruck” hinterlassen, der das einstige Wechselspiel von Schwerkraft und Strahlungsdruck widerspiegelt. Diese Wellen lassen sich heute noch in Form einer charakteristischen kosmischen Längenskala der großräumigen Strukturen von etwa 500 Millionen Lichtjahren feststellen. Diese Skala wäre ohne die Annahme von Dunkler Materie und Energie nicht verständlich.
Annihilationssignaturen: Wenn Teilchen der Dunklen Materie zerfallen oder sich wechselseitig vernichten, entsteht Gammastrahlung und Antimaterie. Falls sie sich nicht durch andere Prozesse bilden, ist ihr Nachweis also ein indirektes Indiz für die Existenz der Dunklen Materie.
Experimente: Mit speziellen Kristallen und Flüssigkeiten lassen sich viele noch hypothetische Teilchen der Dunklen Materie direkt nachweisen (Gitterschwingungen, Ionisation, Szintillation).
Erzeugung: Dunkle Partikel könnten als Nebenprodukte von Teilchenkollisionen in Teilchenbeschleunigern entstehen und sich anhand fehlender Energie- und Impulsbeträge in der Gesamtbilanz bemerkbar machen.
Diese Zusammenstellung, ein beeindruckendes Dokument des Forscherfleißes weltweit, ist Ergebnisprotokoll und Aufgabenliste zugleich. Doch das letzte Wort ist erst gesprochen, wenn der direkte Nachweis der Dunklen Materie gelungen ist.
