Dienstag, 4. März 2014

Seltsames Signal aus dem Zentrum unserer Galaxie könnte erster direkter Beweis für Dunkle Materie sein


Der Himmel im Gammastrahlenspektrum aus Sicht des Weltraumteleskops "Fermi". Die rote Mittellinie markiert die Scheibe der Milchstraße dar. | Copyright: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Washington (USA) - Ein vom Röntgen-Weltraumteleskop "Fermi" der NASA aufgefangenes helles Gammastrahlensignal aus dem Zentrum unserer Galaxie könnte der erste direkte Nachweis der lange zeit lediglich postulierten Dunklen Materie sein.

Anhand der von Fermi gewonnen Daten, suchen Wissenschaftler nach Gammastrahlenquellen im Universum und versuchen diese mit bekannten Objekten erklärend in Übereinstimmung zu bringen. Was am Ende dieser Suche als nicht zuzuordnende Quellen übrig bleibt, ist für die Forscher von besonderer Bedeutung.


"Je mehr wir uns (dieses nicht zuzuordnende Signal) betrachten, desto mehr sieht es so aus, als handele es sich um Dunkle Materie", erläutert der Astrophysiker Dan Hooper vom Fermi National Accelerator Laboratory in einem aktuellen Artikel vorab auf "arxiv.org" (arXiv:1402.6703).


Dunkle Materie ist eine bislang lediglich theoretisch postulierte unsichtbare und bislang nicht direkt nachgewiesene Substanz, die rund 85 Prozent aller Materie in unserem Universum ausmachen und sich in Galaxien, so also auch in unsere Milchstraße, in deren Zentren konzentrieren soll. Immer dann, wenn zwei Partikel aus Dunkler Materie aufeinandertreffen, löschen sie sich gegenseitig aus und geben Gammastrahlen von sich. Die nicht zuzuordnenden Gammastrahlenquellen, nach denen Fermi sucht, könnten also das Ergebnis Dunkler Materie sein.


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Schon seit 2009 vermutet Hoopers Team, dass es sich bei dem Signal um den Beweis für Dunkle Materie handelt. Anhand ihrer aktuellen Daten vermuten die Wissenschaftler, dass die Gammastrahlung unbekannter Herkunft von Dunkler Materie mit einer Masse von 30 bis 40 Gigaelektronenvolt (GeV) stammt, die im Galaktischen Zentrum ineinander stürzt. Zum Vergleich: Ein Proton entspricht in etwa 1 GeV.


Kritiker diskutieren indes jedoch noch andere Erklärungen, die die entsprechenden Signale Dunkler Materie imitieren könnten, darunter sogenannte Milisekunden-Pulsare, also extrem schnell rotierende Kerne toter Sterne.


Anhand der neuen Daten haben sich nun jedoch auch einstige Kritiker, wie Doug Finkbeiner Hoopers Interpretation des Signals als Ergebnis Dunkler Materie angeschlossen. Finkbeiner ist sogar Co-Autor des aktuellen Studie. Da Dunkle Materie zwar mit Gravitation aber nicht mit elektromagnetischen Kräften interagiert, wie sie - statt wie normale Masse in Galaxien, nicht flachgedrückt – müsste das Signal somit nicht nur aus dem Zentrum der Galaktischen Ebene sondern zugleich auch von darüber und darunter kommen.


Genau dieses Verhalten scheinen die neuen Daten nun zu bestätigen. "Damit sieht das Signal nun sehr viel eher nach Dunkler Materie und sehr viel weniger als ein Signal von Pulsaren aus", so Finkbeiner. Da jedoch noch so viele Phänomene im Universum - und gerade in den dichten Zentren ganzer Galaxien - unbekannt sind, könne bislang immer noch nicht von einem eindeutigen Nachweis gesprochen werden.


Die Antwort könnte im zukünftigen Studium von Zwerggalaxien mit Fermi liegen. Diese bestehen, so auch hier die Theorie, bis zu 99 Prozent aus Dunkler Materie und weisen vermutlich deutlich weniger Phänomene auf, die entsprechende Signale für Dunkle Materie imitieren könnten. Um jedoch anhand der Fermi-Daten mehr über diese Objekte aussagen zu können, muss das Weltraumteleskop diese Galaxien noch einige Jahre lang beobachten.


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Quelle: arxiv.org
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