Dunkle Sterne

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Dunkle Sterne, derzeit ganz und gar spekulative Gebilde, sollen sich im frühen Kosmos gebildet haben, als sich Dunkle Materie verdichtete und auftretende Teilchenvernichtungsreaktionen die Materie aufheizte und so, vielleicht die Bildung normaler Sterne unterbrach. Das Bild zeigt ein Ergebnis einer neuen Simulation über die Geburt der ersten Sterne: der linke Ausschnitt gibt die Entstehung normaler Sterne wieder, wenn keine sich vernichtende Dunkle Materie anwesend ist; der rechte Ausschnitt zeigt hingegen was geschieht, wenn Dunkle Sterne sich formen und den Prozeß der Sternentstehung unterbrechen. A. Stacey

 

Der bei weitem überwiegende Anteil an Materie im Universum, ungefähr 85 %, ist sogenannte „Dunkle Materie“. Sie besteht nicht aus gewöhnlichen Atomen, sondern aus einer nach wie vor unbekannten Art von Teilchen. Diese allgegenwärtige, bisher mysteriöse Substanz zu verstehen ist eines der Ziele moderner Astrophysik. Dunkle Materie macht sich durch ihren gravitativen Einfluß auf Sterne und andere normale Materie bemerkbar und einige Astronomen vermuten, daß sie neben der Schwerkraft eine weitere Eigenschaft mit gewöhnlicher Materie gemein hat: sie könnte in zwei Arten vorkommen, als Dunkle Materie und Dunkle Antimaterie, die sich bei Kontakt annihiliert (vernichtet) und hochenergetische Strahlung aussendet.

Einige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall begannen sich die ersten Sterne zu bilden, als die Schwerkraft allmählich das Ausgangsmaterial verdichtete und auf Temperaturen aufheizte, die das nukleare Brennen einzuleiten vermochten. Wissenschaftler haben überlegt, ob sich etwas Vergleichbares mit der Dunklen Materie ereignet haben könnte: die Schwerkraft verdichtete sie zu Kernen, die schließlich zündeten; es war kein nukleares Feuer – Dunkle Materie besteht nicht aus Atomen und hat keinen (normalen) Kern – sondern eher eine Annihilationsstrahlung. Diese sogenannten „Dunklen Sterne“ könnten für einige Zeit erstrahlt sein, während mehr und mehr Dunkle Materie auf sie herabfiel und die permanente Annihilation am Laufen hielt. Sie könnten sogar ihre Umgebung in einer Art und Weise aufgeheizt haben, die das Wachstum der ersten Generation normaler Sterne hemmte.

Vier Astronomen nutzten Computersimulationen über Dunkle Materie im frühen Universum, um zu untersuchen, ob und wie Dunkle Materie die Entwicklung normaler Sterne beeinflußt haben könnte. Die Einzelheiten sind zum Teil deshalb kompliziert, da die wachsenden Materieklumpen zur Fragmentierung neigen und die Fragmente selbst weiter zerfallen. Die Forscher überprüften ihre Simulationen unter einer Vielzahl von Annahmen und fanden bei einer der anspruchsvolleren Versionen, daß die zerstrahlende Dunkle Materie bei der Bildung eines Dunklen Sterns (oder Zerstörung normaler Sterne) wegen der Störung durch den Streuprozeß wesentlich ineffektiver ist als vermutet. Sie folgern, daß Dunkle Sterne möglicherweise nie existiert haben könnten und folglich die Bildung normaler Sterne nicht behindert worden ist. Sie weisen jedoch darauf hin, daß weitere Forschungsarbeit notwendig ist, um diese Schlußfolgerungen zu stützen, nicht zuletzt, um die Natur der rätselhaften Dunklen Materie selbst zu entschlüsseln. Die Astronomen sind optimistisch, daß noch in diesem Jahrzehnt einige der ersten Sterne des Universums tatsächlich aufgespürt werden; einige geplante Raummissionen (wie zum Beispiel die japanische WISH-Mission) haben sich dies zum vorrangigen Ziel gesetzt. Diese neuen Simulationen bieten eine Grundlage für die Interpretation der zu erwartenden Messungen.

Literatur:
„The Mutual Interaction between Population III Stars and Self-Annihilating Dark Matter“
Athena Stacy, Andreas H. Pawlik, Volker Bromm, and Abraham Loeb
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 441, 822–836 (2014)