Ein mögliches Signal von Dunkler Materie?

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Röntgenbild vom heißen Gas in der Zentralregion des Perseus-Galaxienclusters, aufgenommen mit dem Chandra-Observatorium. Der Perseus-Cluster ist eines der massereichsten Objekte im Universum, mit Tausenden von Galaxien, eingebettet in eine gewaltige Wolke aus superheißem Gas. Das Bild zeigt auffallend helle Schleifen, Rippel und jetähnliche Streifen überall im Cluster. Astronomen könnten eine Emissionslinie einer Art von Dunkler Materie, dem sterilen Neutrino, in dem Spektrum von Galaxienclustern wie Perseus entdeckt haben. Chandra / NASA / ESA

 

Galaxien sind oft in Gruppen oder Cluster zu finden, die größten bekannten Ansammlungen von Materie und Dunkler Materie. Die Milchstraße beispielsweise ist Mitglied der aus ungefähr drei Dutzend Galaxien bestehenden Lokalen Gruppe, zu der auch die etwa 2 Millionen Lichtjahre entfernt gelegene Andromeda-Galaxie gehört. Sehr große Cluster können Tausende Galaxien beheimaten, die alle durch die Gravitation aneinandergebunden sind. Der nächstgelegene große Galaxiencluster, der ungefähr 2.000 Mitglieder zählende Virgo-Cluster, liegt etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt.

Der Raum zwischen den Galaxien ist nicht leer. Er ist mit heißem intergalaktischem Gas angefüllt, dessen Temperatur größenordnungsmäßig bei zehn Millionen Kelvin oder noch höher liegt. Das Gas ist mit schweren Elementen angereichert, die aus den Galaxien entwichen sind und sich im Medium innerhalb der Cluster über Milliarden Jahre galaktischer und stellarer Entwicklung anreicherten. Diese Elemente im Gas innerhalb der Cluster können durch ihre Emissionslinien im Röntgenbereich nachgewiesen werden und umfassen Sauerstoff, Neon, Magnesium, Silizium, Schwefel, Argon, Kalzium, Eisen, Nickel sowie Chrom und Mangan.

Die relative Häufigkeit dieser Elemente liefert wertvolle Informationen über die Rate an Supernovae in den unterschiedlichen Galaxientypen der Cluster, da Supernovae diese Elemente erzeugen und/oder im Gas verteilen. Daher war es eine Überraschung, als CfA-Astronomen und ihre Kollegen eine schwache Linie entdeckten, die keinem bekannten Element zugeordnet werden konnte. Esra Bulbul, Adam Foster, Randall Smith, Scott Randall und ihr Team suchten in dem über 73 Cluster (einschließlich Virgo) gemittelten Röntgenspektrum nach Emissionslinien, die zu schwach sind, um in einem einzelnen Spektrum bemerkt zu werden, als sie eine Linie fanden, die mit nichts Bekanntem in einem speziellen Spektralbereich übereinstimmte, von dem man nicht erwartete, irgendwelche Merkmale aufzuweisen.

Die Wissenschaftler liefern einen verlockenden Vorschlag: die Linie ist das Ergebnis des Zerfalls eines vermuteten, schon lange gesuchten Teilchens der Dunklen Materie, das sogenannte sterile Neutrino. Es ist gemutmaßt worden, daß das heiße, Röntgenstrahlung aussendende Gas in einem Galaxiencluster ein guter Ort sein könnte, um nach Signaturen der Dunklen Materie zu suchen, und wenn dieses Ergebnis für sterile Neutrinos bestätigt wird, würde es einen Durchbruch in der Forschung zur Dunklen Materie bedeuten (es ist natürlich möglich, daß es sich um statistische oder andere Fehler handelt). Neueste, unveröffentlichte Ergebnisse einer anderen Arbeitsgruppe stützen tendenziell die Messung dieses Merkmals; das Team deutet an, daß Beobachtungen mit der in 2015 geplanten japanischen Röntgenmission Astro-H entscheidend sein werden, um die Natur dieser Linie zu bestätigen und aufzuklären.

Literatur:
„Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters”
Esra Bulbul, Maxim Markevitch, Adam Foster, Randall K. Smith, Michael Loewenstein, and Scott W. Randall
The Astrophysical Journal, 789:13 (23pp), 2014 July 1