Freitag, 10. August 2012

Forscher finden große Mengen Dunkler Materie in Sonnennähe


Simulation der Milchstraße in hoher Auflösung: Sollte die dunkle Materie aus einem Elementarteilchen bestehen, ist die genaue Messung ihrer lokalen Dichte zentral. | Copyright: UZH

Zürich (Schweiz) - Zusammen mit internationalen Kollegen haben Schweizer Astrophysiker die Menge der Materie in Sonnennähe gemessen und dabei einen unerwartet großen Anteil an unsichtbarer, sogenannter Dunkler Materie nachgewiesen. Die Ergebnisse widersprechen damit der bisherigen Theorie, wonach unsere Galaxie von einem massiven Halo von dunkler Materie umgeben sein sollte.

Schon in den 1930er Jahre entdeckte der Astronom Fritz Zwicky die Dunkle Materie und stellte damals fest, dass Galaxienhaufen mit einer unsichtbaren Substanz gefüllt sind. "Eine weitere Entdeckung zur selben Zeit enthüllte, dass die Materiedichte im Umfeld der Sonne fast doppelt so viel beträgt, wie durch Sternenmassen und sichtbarem Gas allein erklärt werden kann", erläutert die Medienmitteilung der Universität Zürich (UZH). "Trotz jahrzehntelanger Forschung blieb die Menge der dunklen Materie nahe der Sonne schleierhaft. Verschiedene Messungen ergaben zwischen drei- und sechsmal so viel dunkle Materie wie erwartet. Dann wurde letztes Jahr anhand neuer Daten und einer neuen Methode plötzlich weit weniger dunkle Materie detektiert. Dieses überraschende Resultat sorgte weltweit für Verwirrung, wobei es die Astronomen letztlich den zu wenig genauen Simulationsmethoden und Analysen zuschrieben."

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Ein internationales Team, unter der Leitung von UZH Forschenden und mit Beteiligung der ETH Zürich, hat nun einen neuen Weg eingeschlagen: Die Wissenschaftler simulierten die Milchstrasse in Hochauflösung und testeten somit ihr Vorgehen zur Messung der dunklen Materie, bevor sie dieses auf reale Daten anwendeten. Dies führte zu einigen Überraschungen: Sie bemerkten, dass mit den Standardtechniken der letzten zwanzig Jahre zu tiefe Werte der Dichte von Dunkler Materie berechnet worden sind. Darauf basierend entwickelten die Forschenden eine neue Technik, um den korrekten Wert für die Simulation zu erhalten. Angewandt auf die Positionen und Geschwindigkeiten von mehr als 2000 K-Zwergsternen in Sonnennähe, schätzen die Forschenden die lokale Dichte von Dunkler Materie neu ein. Ihre Ergebnisse haben die Forscher vorab auf "arxiv.org" und aktuell im Fachmagazin "Monthly Notice of the Royal Astronomical Society" veröffentlicht.

"Wir sind zu 99 Prozent sicher, dass es Dunkle Materie in Sonnennähe gibt. Mit 90-prozentiger Sicherheit finden wir sogar mehr dunkle Materie als erwartet", sagt Hauptautorin Silvia Garbari. Bestätigen zukünftige Daten diesen hohen Wert, könnte das den ersten Beweis für eine Scheibe aus dunkler Materie liefern, die kürzlich von numerischen Simulationen der Galaxienentstehung vorhergesagt wurde, folgert die UZH-Forscherin. Und sie ergänzt: "Es könnte auch bedeuten, dass der Halo aus dunkler Materie deformiert ist, sodass der Wert für die lokale Dichte in die Höhe getrieben wird."

Viele Physiker gehen mittlerweile davon aus, dass dunkle Materie aus einem neuen Elementarteilchen besteht, das nur sehr schwach mit normaler Materie wechselwirkt. Würde das zutreffen, dann müsste es möglich sein, dieses Teilchen in Experimenten zu detektieren. Die genaue Messung der lokalen Dichte von dunkler Materie ist für solche Versuche unerlässlich. Dazu Koautor George Lake, Professor für Theoretische Physik an der Universität Zürich: "Experimentalphysiker hoffen, einen winzigen Teil dieser Teilchen in Versuchen wie beispielsweise mit dem XENON-Detektor einzufangen. Kenntnis über die lokalen Eigenschaften von dunkler Materie ist zentral, um die Ergebnisse zur Bestimmung der Teilchenart zu verwenden."

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