Könnten wir die Vernichtung der Dunklen Materie in Kugelsternhaufen nachweisen?

Ein Team von Astronomen untersuchte zwei nahe gelegene Kugelsternhaufen, 47 Tucanae und Omega Centauri, und suchte nach Signalen, die von der Vernichtung dunkler Materie erzeugt werden. Obwohl die Suche leer war, war sie kein Fehlschlag. Das Fehlen eines Nachweises setzte strenge Obergrenzen für die Masse des hypothetischen Teilchens der Dunklen Materie.

Ein Licht auf dunkle Materie werfen

Dunkle Materie macht etwa 80 % der gesamten Masse im Universum aus, obwohl sie völlig unsichtbar ist. Es interagiert einfach nicht mit der elektromagnetischen Kraft, und daher leuchtet es nicht, reflektiert oder absorbiert nicht oder irgendetwas. Bisher haben wir nur Beweise für seine Existenz durch seine Gravitationswirkung auf den Rest des Universums. Aus diesem Grund sind sich Astronomen nicht ganz sicher, was dunkle Materie ist, obwohl viele Physiker glauben, dass es sich um eine neue Art von Teilchen handelt, die dem Standardmodell der Teilchenphysik bisher unbekannt war.

Eine Möglichkeit ist, dass dunkle Materie aus einem ultraleichten Teilchen wie einem Axion besteht. Und obwohl diese Teilchen nicht mit normaler Materie interagieren würden, könnten sie sehr selten mit sich selbst interagieren, zusammenstoßen und vernichten. Wenn die Energie der Kollision hoch genug ist, kann sie zur Erzeugung eines Gammastrahls führen, der sich dann in ein Elektron und ein Positron aufspaltet.

Diese Elektronen und Positronen können zusammenkleben, um gebundene Zustände zu bilden, die Positronium genannt werden. Die Positroniumatome sind jedoch nicht stabil, und sie zerfallen schließlich und hinterlassen einen Funkemissionsblitz.

Obwohl also Dunkle Materie nicht direkt mit Elektromagnetismus interagiert, besteht immer noch die Möglichkeit, dass wir die Radioemission von der Kollision und dem Zerfall von Teilchen der Dunklen Materie sehen.

Schauen Sie sich die Kugelsternhaufen an

Damit das funktioniert, braucht man viel dunkle Materie. Wenn die Teilchen der Dunklen Materie leicht genug kollidieren würden, hätten wir es bereits gesehen. Die Kollisionen müssen also selten sein. Die Dichte der Dunklen Materie in unserer galaktischen Nachbarschaft ist viel zu gering, um eine nachweisbare Emission zu erzeugen, aber die dichten Kerne von Galaxien bieten möglicherweise einen besseren Zugang.

Der natürliche Ort, an dem wir suchen, ist unser galaktischer Kern, aber dieser Ort ist mit allen Arten von Radioemissionen überschwemmt, daher ist es schwierig zu sagen, ob ein bestimmtes Signal von der Vernichtung dunkler Materie oder von etwas Alltäglicherem kommt. Aus diesem Grund hat ein Team von Astronomen nach zwei nahe gelegenen Kugelsternhaufen gesucht, wie in einem kürzlich im Preprint-Journal arXiv erschienenen Artikel berichtet wird.

Die beiden Haufen, 47 Tucanae und Omega Centauri, sind nur wenige tausend Lichtjahre entfernt, wodurch sie relativ einfach zu beobachten sind. Und Astronomen glauben, dass sie die Überreste von Zwerggalaxien sind, denen der Großteil ihrer Sterne durch Wechselwirkungen mit der Milchstraße abgenommen wurde.

Dies macht die Cluster zu idealen Labors, da es sich im Wesentlichen um Kugeln aus dichter dunkler Materie mit sehr geringer Kontamination handelt. Das Astronomenteam suchte mit Hilfe des Parkes-Observatoriums in Australien nach dem einzigartigen Radiosignal des zerfallenden Positroniums.

Sie haben nichts gefunden, was nicht unbedingt eine schlechte Sache ist. Basierend auf ihren Beobachtungen konnten sie Masse und Wirkungsquerschnitt (ein Maß dafür, wie häufig die Teilchen interagieren) dieser Licht-Dunkel-Materie-Modelle bisher besten Obergrenzen setzen. Sicher, es wäre großartig gewesen, ein bestätigtes Signal zu sehen und dieses Rätsel der dunklen Materie endlich zu lösen, aber neues Wissen in jeder Richtung ist immer willkommen und immer hilfreich.