Dunkle Materie in Sternen nachweisbar?

Nach in den letzten Wochen veröffentlichten Artikeln britischer Astronomen könnten sich bestimmte Partikel der Dunklen Materie in Sternen ansammeln und dort messbare Auswirkungen auf den Neutrinofluss haben. Dies könnte sich unter Umständen mit entsprechenden Detektoren auf der Erde nachweisen lassen.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Arxiv.org, Royal Holloway University of London, axion-wimp.desy.de. Vertont von Peter Rittinger.

NASA
Galaxien sind von Dunkler Materie umgeben und durchdrungen (künstlerische Darstellung)
(Bild: NASA)

Die Wissenschaftler um Daniel Cumberbatch von der Universität Sheffield sowie Stephen West von der Royal Holloway University in London betrachten dazu eine bestimmte Klasse theoretischer Teilchen der Dunklen Materie, die sogenannten WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles), die wenigstens schwach mit normaler Materie wechselwirken sollen. So könnten einzelne dieser Teilchen bei Kollisionen im Inneren der Sonne Energie verlieren und in ihrem Gravitationsfeld gefangen bleiben. Sie würden sich letztlich im Kern anreichern und dessen Temperatur senken. Dies habe Einfluss auf die Stärke des Neutrinoflusses, der sehr empfindlich auf Temperaturveränderungen reagiere.

Diesen solaren Neutrinofluss aber können wir mit speziellen Teilchendetektoren messen. Dazu gehören NT200 in den Tiefen des Baikalsees, Super-Kamiokande in Japan sowie AMANDA (Antarctic Myon And Neutrino Detector Array) und IceCube im kilometerdicken Eis der Antarktis.

Hier erzeugen einzelne Neutrinos bei Wechselwirkung mit Atomen im Wasser bzw. Eis charakteristische (bläuliche) Lichtblitze, die sogenannte Tscherenkowstrahlung.

Composit aus sichtbarer Materie – rot und Dunkler Materie – blau nach Messungen mit dem Hubble Space Telescope
(Bild: NASA/ESA/CIT (R. Massey))

Zwei Thesen sehen die Wissenschaftler nun als überprüfbar an. Zum einen müssten ältere Sterne, die über einen längeren Zeitraum Teilchen der Dunklen Materie sammeln konnten, eine niedrigere Kerntemperatur als jüngere mit sonst gleichen physikalischen Eigenschaften besitzen und daher weniger Neutrinos aussenden.

Zum Zweiten müssten Sterne, die sich näher am Galaxiszentrum befinden, wo die Dichte der Dunklen Materie um mehrere Größenordnungen höher liegen sollte, weit stärker davon betroffen sein. Dadurch sollte sich sogar die Lebensdauer der Sterne signifikant verkürzen.

Die Sache wird aber insofern komlizierter, als dass eine Vielzahl von physikalischen und chemischen Parametern übereinstimmen müssten, um wirklich vergleichbare Messungen vornehmen zu können. Außerdem sind WIMPs keine bisher nachgewiesenen Teilchen sondern nur theoretische Konstrukte.

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