{"id":18647,"date":"2009-11-24T20:45:41","date_gmt":"2009-11-24T19:45:41","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2009\/11\/24\/wie-man-dunkle-materie-nachweist\/"},"modified":"2025-05-14T16:02:24","modified_gmt":"2025-05-14T14:02:24","slug":"wie-man-dunkle-materie-nachweist","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2009\/11\/24\/wie-man-dunkle-materie-nachweist\/","title":{"rendered":"Wie man dunkle Materie nachweist"},"content":{"rendered":"
\"i-614f5a85817bcf3bb16955d8aab7aeb4-macs_420-thumb-200x200.jpg\"<\/form>\n

Die dunkle Materie ist hinterh\u00e4ltig! Wir wissen, das sie da ist, weil wir die Gravitationskraft messen k\u00f6nnen, die sie aus\u00fcbt<\/a>. Aber wir k\u00f6nnen sie nicht sehen, weil sie anscheinend nicht \u00fcber die elektromagnetische Kraft wechselwirkt und daher Licht weder ausstrahlt noch reflektiert.<\/p>\n

Aber immerhin haben wir ein paar konkrete Ideen, worum es sich bei der dunklen Materie handeln k\u00f6nnte. Die meisten Wissenschaftler favorisieren im Moment die WIMPs<\/em>. Das steht f\u00fcr Weakly Interacting Massive Particles<\/em> und bezeichnet eine bisher unbekannte Art von Elementarteilchen. <\/p>\n

Solche Teilchen k\u00f6nnten Teil der hypothetischen Supersymmetrie sein – einer Erweiterung des Standardmodells der Elementarteilchen<\/a>. Am Teilchenbeschleuniger LHC des europ\u00e4ischen Kernforschungszentrums CERN wird unter anderem daran gearbeitet, die Supersymmetrie nachzuweisen. <\/p>\n

Bis hier Ergebnisse vorliegen, wird es noch ein paar Jahre dauern. Aber in der Zwischenzeit k\u00f6nnen die Astronomen wichtige Hinweise auf die Natur der dunklen Materie liefern!<\/p>\n

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Die hypothetischen Teilchen der dunklen Materie haben eine interessante Eigenschaft: sie l\u00f6schen 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<\/i> – und das kann man – im Gegensatz zur dunklen Materie – beobachten.<\/p>\n

Der WMAP-Nebel<\/strong><\/big><\/p>\n

WMAP<\/a> ist eine Raumsonde, die die kosmische Hintergrundstrahlung beobachten soll. Das hat sie auch sehr erfolgreich getan. Die Hintergrundstrahlung<\/a> ist ein \u00dcberbleibsel aus der Fr\u00fchzeit des Universums und quasi das letzte sichtbare Zeichen des Urknalls.<\/p>\n

WMAP hat die Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten in dieser Strahlung gemessen und dabei den Himmel sehr genau beobachtet; in verschiedenen Frequenzen. Nat\u00fcrlich 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 unerw\u00fcnschten Vordergrundstrahlung besch\u00e4ftigt haben.<\/p>\n

Eine Arbeit von Douglas Finkbeiner<\/a> 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, erh\u00e4lt man dieses Bild:<\/p>\n\"i-30340030ec4f71bcf62b502252d256c8-wmap-haze.jpg\"<\/form>\n

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Bild: Finkbeiner 2007<\/a><\/div>\n

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Das Bild ist nicht v\u00f6llig dunkel sondern in der Mitte sieht man – in wei\u00df – etwas \u00fcbersch\u00fcssige Strahlung.Man hat sie „WMAP Haze“ also – „WMAP-Schleier“ oder „WMAP-Nebel“ genannt und ihre Herkunft ist unbekannt.<\/p>\n

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<\/a>. Und die sieht man im Bild oben.<\/p>\n

Fermi beginnt zu messen <\/strong><\/big><\/p>\n

2008 wurde ein neues Teleskop in den Weltraum gebracht: das Fermi Gamma-ray Space Telescope<\/a>. 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. <\/p>\n

So hat zum Beispiel der Satellit PAMELA einen \u00dcberschu\u00df an hochenergetischen Positronen<\/a> gefunden. Die Daten von PAMELA waren zwar nicht eindeutig und mittlerweile kann man sie auch ohne die Existenz der dunklen Materie erkl\u00e4ren – aber damals waren alle gespannt ob die Messungen von Fermi PAMELAs Daten best\u00e4tigen w\u00fcrden.<\/p>\n

So sahen die ersten Ergebnisse aus:<\/p>\n\"i-cf47c8c159891febb950b22982f85e0d-medium_e2.png\"<\/form>\n

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Bild: Abdo et al. 2009<\/a><\/div>\n

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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 w\u00e4re, wenn es keine zus\u00e4tzlichen hochenergetischen Teilchen gibt, die bei den Kollisionen der dunklen Materie entstehen. In rot sind die Fermi-Messungen eingezeichnet – und man erkennt einen deutlichen \u00dcberschu\u00df!<\/p>\n

Auch hier hat sich die erste Aufregung mittlerweile gelegt. So wie bei PAMELA k\u00f6nnen auch diese Fermi-Daten mittlerweile auch ohne dunkle Materie erkl\u00e4rt werden. Aber Fermi hat weitergemessen.<\/p>\n


\nDer Fermi-Nebel<\/strong><\/big><\/p>\n

Fermi hatte nun Zeit, die Gammastrahlung genau zu messen. Wenn man die „alten“ WMAP-Daten aus dem Vorjahr und besonders den „WMAP-Nebel“ nochmal betrachtet, und tats\u00e4chlich davon ausgeht, dass die \u00fcbersch\u00fc\u00dfige Strahlung von der Selbstannihilation der dunklen Materie stammt, dann m\u00fcsste es im gleichen Bereich auch \u00fcbersch\u00fcssige Gammastrahlung geben. Denn es entstehen ja bei den Kollisionen zwischen den Partikeln der dunklen Materie nicht nur Elektronen und Positronen (die dann f\u00fcr den WMAP-Nebel verantwortlich w\u00e4ren) sondern eben auch Gammastrahlen.<\/p>\n

Gemessen hat Fermi folgendes:<\/p>\n\"i-d0641368b4a29edad3f43d7af13c7a3b-fermi-haze.jpg\"<\/form>\n

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Bild: Dobler et al. 2009<\/a><\/div>\n

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Auch hier findet man einen \u00dcberschu\u00df an Gammastrahlung und zwar genau dort, wo man sie vom WMAP-Nebel her erwarten w\u00fcrde!<\/p>\n

Das ist ein \u00e4u\u00dferst spannendes Ergebnis! Es bedeutet allerdings nicht, dass die dunkle Materie damit nun zweifelsfrei nachgewiesen w\u00e4re – das behaupten nichtmal die Autoren der entsprechenden Arbeit<\/a>. Um hier sicher zu sein, m\u00fcssen wir wohl tats\u00e4chlich die WIMPs in Teilchenbeschleunigern nachweisen (das k\u00f6nnte der LHC allerdings schaffen<\/a>).<\/p>\n

Aber diese Messungen stimmen zumindest optimistisch. Wir scheinen bei der Suche nach der dunklen Materie auf dem richtigen Weg zu sein!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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