Das anhaltende Rätsel der Dunklen Materie, von der angenommen wird, dass sie über ein Viertel der Masse des Universums ausmacht, rückt einer möglichen Lösung näher. Jüngste wissenschaftliche Untersuchungen, die sich auf eine diffuse Gammastrahlungsemission aus dem galaktischen Zentrum konzentrieren, haben überzeugende Beweise vorgelegt, die darauf hindeuten, dass diese unsichtbare kosmische Komponente ihre Geheimnisse durch indirekte Detektion preisgeben könnte.
Während das Universum überwiegend aus gewöhnlicher Materie besteht, die nur 5 % ausmacht und über verschiedene Lichtwellenlängen nachweisbar ist, bleibt die beträchtliche, der Dunklen Materie zugeschriebene Menge von 27 % schwer fassbar. Sie absorbiert, reflektiert oder emittiert kein Licht, was eine direkte Beobachtung unmöglich macht. Eine noch mysteriösere Entität, die Dunkle Energie, macht die restlichen etwa 68 % aus. Wissenschaftler haben die Existenz Dunkler Materie seit langem durch ihren signifikanten Gravitationseinfluss auf kosmologischen Skalen abgeleitet, aber ein endgültiger Beweis blieb aus.
Ein himmlisches Leuchten birgt Hinweise
Derzeitiger Forschungsschwerpunkt ist ein beobachteter Überschuss an Gammastrahlen, der vom Fermi Gamma-ray Space Telescope in einer riesigen Region nahe dem Zentrum der Milchstraße kartiert wurde. Dieses Phänomen hat zwei Haupt kunnaftige Erklärungen für seinen Ursprung hervorgerufen. Die erste besagt, dass die Gammastrahlen ein Nebenprodukt von kollidierenden Dunkle-Materie-Teilchen sind, die sich in dieser dichten galaktischen Umgebung ansammeln. Die alternative Theorie legt nahe, dass diese Emissionen von einer bestimmten Klasse von Neutronensternen stammen, bekannt als Millisekundenpulsare, die die kollabierten Überreste massereicher Sterne sind und Licht aussenden, während sie sich Hunderte Male pro Sekunde drehen.
Eine kürzlich durchgeführte eingehende Analyse, die hochentwickelte Simulationen einbezog, hat diese konkurrierenden Erklärungen bewertet und festgestellt, dass sie gleichermaßen plausibel sind. Die Studie zeigte, dass durch die Annihilation von Dunkle-Materie-Teilchen erzeugte Gammastrahlen ein Signal erzeugen würden, das von dem vom Fermi-Satelliten erfassten nicht zu unterscheiden ist. Diese Erkenntnis stärkt die Wahrscheinlichkeit der indirekten Detektion von Dunkler Materie erheblich.
Zukünftige Beobachtungen könnten Klarheit schaffen
„Das Verständnis der Natur der Dunklen Materie, die unsere Galaxie und das gesamte Universum durchdringt, ist eines der größten Probleme der Physik“, erklärte der Kosmologe Joseph Silk von der Johns Hopkins University und dem Institute of Astrophysics of Paris/Sorbonne University, ein Co-Autor der in Physical Review Letters veröffentlichten Studie. Er fügte hinzu: „Unser wichtigstes neues Ergebnis ist, dass Dunkle Materie die Gammastrahlendaten mindestens genauso gut passt wie die konkurrierende Neutronenstern-Hypothese. Wir haben die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Dunkle Materie indirekt nachgewiesen wurde.“
Die Forscher erwarten, dass das Cherenkov Telescope Array Observatory, das derzeit in Chile im Bau ist und das leistungsstärkste bodengestützte Gammastrahlenteleskop der Welt werden soll, endlich eine definitive Antwort liefern könnte. Es wird erwartet, dass es bereits 2026 in Betrieb genommen wird, und seine fortschrittlichen Fähigkeiten könnten die genauen Ursprünge dieser Gammastrahlungsemissionen unterscheiden. Wie der Astrophysiker Moorits Mihkel Muru, Hauptautor der Studie von der Universität Tartu und dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, erklärte: „Da Dunkle Materie kein Licht aussendet oder blockiert, können wir sie nur durch ihre Gravitationseffekte auf sichtbare Materie nachweisen. Trotz jahrzehntelanger Suche hat kein Experiment bisher Dunkle-Materie-Teilchen direkt nachgewiesen.“
Der Gammastrahlungsüberschuss wurde innerhalb der innersten 7.000 Lichtjahre der Galaxie detektiert, einer Region, die etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Gammastrahlen, die die kürzesten Wellenlängen und die höchste Energie im elektromagnetischen Spektrum besitzen, werden theoretisch erzeugt, wenn Dunkle-Materie-Teilchen, von denen angenommen wird, dass sie ihre eigenen Antiteilchen sind, bei Kollisionen annihilieren. Die Entstehung der Milchstraße selbst wird auf den gravitativen Kollaps einer massiven Wolke aus dunkler und gewöhnlicher Materie zurückgeführt. Während gewöhnliche Materie abkühlte und sich zentral konzentrierte, wird angenommen, dass sie auch etwas Dunkle Materie mitgezogen hat. Diese einzigartige Eigenschaft der Dunklen Materie, bei der Teilchen vollständig annihilieren, unterscheidet sie von anderen Phänomenen, die energiereiche Gammastrahlen erzeugen können. Es bleibt jedoch die Möglichkeit, dass die kollektiven Emissionen zahlreicher unbeobachteter Millisekundenpulsare ebenfalls für dieses himmlische Leuchten verantwortlich sein könnten, eine Möglichkeit, die der Fermi-Satellit als potenzielle Erklärung für solche regionalen Emissionen bestätigt hat.