Die dunkle Materie ist hinterhältig! Wir wissen, das sie da ist, weil wir die Gravitationskraft messen können, die sie ausübt. Aber wir können sie nicht sehen, weil sie anscheinend nicht über die elektromagnetische Kraft wechselwirkt und daher Licht weder ausstrahlt noch reflektiert.
Aber immerhin haben wir ein paar konkrete Ideen, worum es sich bei der dunklen Materie handeln könnte. Die meisten Wissenschaftler favorisieren im Moment die WIMPs. Das steht für Weakly Interacting Massive Particles und bezeichnet eine bisher unbekannte Art von Elementarteilchen.
Solche Teilchen könnten Teil der hypothetischen Supersymmetrie sein – einer Erweiterung des Standardmodells der Elementarteilchen. Am Teilchenbeschleuniger LHC des europäischen Kernforschungszentrums CERN wird unter anderem daran gearbeitet, die Supersymmetrie nachzuweisen.
Bis hier Ergebnisse vorliegen, wird es noch ein paar Jahre dauern. Aber in der Zwischenzeit können die Astronomen wichtige Hinweise auf die Natur der dunklen Materie liefern!
Die hypothetischen Teilchen der dunklen Materie haben eine interessante Eigenschaft: sie löschen sich aus, wenn sie aufeinander treffen. Beim Kontakt zweier Teilchen zerstrahlen sie sofort und es entstehen neue Partikel – darunter auch ganz normale Elektronen und Positronen und hochenergetische Photonen; sogenannte Gammastrahlung – und das kann man – im Gegensatz zur dunklen Materie – beobachten.
Der WMAP-Nebel
WMAP ist eine Raumsonde, die die kosmische Hintergrundstrahlung beobachten soll. Das hat sie auch sehr erfolgreich getan. Die Hintergrundstrahlung ist ein Überbleibsel aus der Frühzeit des Universums und quasi das letzte sichtbare Zeichen des Urknalls.
WMAP hat die Unregelmäßigkeiten in dieser Strahlung gemessen und dabei den Himmel sehr genau beobachtet; in verschiedenen Frequenzen. Natürlich ist im Universum sehr viel mehr Strahlung zu sehen als nur die Hintergrundstrahlung. Die “Vordergrund”strahlung muss man daher abziehen. Es gab aber auch Wissenschaftler, die sich speziell mit dieser eigentlich unerwünschten Vordergrundstrahlung beschäftigt haben.
Eine Arbeit von Douglas Finkbeiner aus dem Jahr 2007 kam dabei zu einem interessanten Ergebnis: wenn man all die Strahlung aus den Daten entfernt, deren Quelle bekannt ist und dann noch die zu helle Strahlung der Milchstrasse abzieht, erhält man dieses Bild:
Das Bild ist nicht völlig dunkel sondern in der Mitte sieht man – in weiß – etwas überschüssige Strahlung.Man hat sie “WMAP Haze” also – “WMAP-Schleier” oder “WMAP-Nebel” genannt und ihre Herkunft ist unbekannt.
Aber vielleicht stammt sie von der dunklen Materie? Wenn dunkle Teilchen sich selbst annihilieren enstehen Elektronen und Positronen. Diese bewegen sich dann im Magnetfeld der Galaxie und erzeugen dabei Synchrotronstrahlung. Und die sieht man im Bild oben.
Fermi beginnt zu messen
2008 wurde ein neues Teleskop in den Weltraum gebracht: das Fermi Gamma-ray Space Telescope. Wie sein Name schon sagt, soll es die hochenergetische Gammastrahlung beobachten. Die Wissenschaftler warteten schon gespannt auf die ersten Ergebnisse denn Messungen anderer Satelliten und Detektoren hatten weitere – wenn auch nicht allzu deutliche – Hinweise auf die dunkle Materie gebracht.
So hat zum Beispiel der Satellit PAMELA einen Überschuß an hochenergetischen Positronen gefunden. Die Daten von PAMELA waren zwar nicht eindeutig und mittlerweile kann man sie auch ohne die Existenz der dunklen Materie erklären – aber damals waren alle gespannt ob die Messungen von Fermi PAMELAs Daten bestätigen würden.
So sahen die ersten Ergebnisse aus:
Man sieht hier auf der x-Achse die Energie der Teilchen und auf der y-Achse wieviel man davon gemessen hat. Die blaue Linie zeigt was zu erwarten wäre, wenn es keine zusätzlichen hochenergetischen Teilchen gibt, die bei den Kollisionen der dunklen Materie entstehen. In rot sind die Fermi-Messungen eingezeichnet – und man erkennt einen deutlichen Überschuß!
Auch hier hat sich die erste Aufregung mittlerweile gelegt. So wie bei PAMELA können auch diese Fermi-Daten mittlerweile auch ohne dunkle Materie erklärt werden. Aber Fermi hat weitergemessen.
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