Flares, verursacht von Dunkler Materie

Manche solare Flares werden vielleicht durch Elementarteilchen ausgelöst, die einen größeren Anteil der Dunklen Materie ausmachen könnten.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Zioutas et al..

NASA
Solare Ausbrüche, teilweise verursacht durch hypothetische Teilchen?
(Bild: NASA)

Flares gehören zum Alltagsgeschäft unserer Sonne. Fünf bis zehn mal pro Tag erhebt sich eine Fackel einige tausend Kilometer über die Sonnenoberfläche und gibt dabei UV- und Röntgenstrahlung sowie Ionen und Elektronen in das Sonnensystem ab. Sie entstehen in der Chromosphäre, einer Schicht, die fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht und hauptsächlich durch das Magnetfeld der Sonne beeinflusst wird. Das starke Magnetfeld der Sonne resultiert in Magnetfeldlinien, die durch ihre Eigenrotation ständig um die Sonne “herumgewickelt” werden. Dabei kommt es regelmäßig zu einem “Reißen” und “Wiederverbinden” der Feldlinien. Eine Feldlinie, welche kurzzeitig die Chromosphäre verlässt, kann so etliche Teilchen mit sich reißen, was wir als Sonnenfackel oder Flare beobachten.
Bisher war man davon ausgegangen, dass die Verzwirbelungen des Magnetfelds die einzige Ursache für solare Flares sind. Jedoch konnten bisher nicht alle beobachteten Ausbrüche auch mit dieser Ursache in der Verbindung gebracht werden.

Wie ein Forscherteam um Konstantin Zoutas von der Universität von Patras in Griechenland nun berichtet, dürfte zumindest ein Teil der beobachteten Flares durch einen völlig anderen Prozess verursacht werden. So könnten hypothetische Teilchen im Innern der Sonne zu den Auslösern gehören, die Axionen. Diese – auch wenn sie bisher nicht nachgewiesen sondern nur theoretisch postuliert werden konnten – stehen im Verdacht, einen Teil der wenig verstandenen Dunklen Materie auszumachen.

Die Quantenchromodynamik (QCD) untersucht das Verhalten von Quarks, den fundamentalen Bausteinen, aus der alle Materie aufgebaut ist. Die Theorie versucht, die physikalischen Eigenschaften von Elementarteilchen wie Elektron, Proton und Neutron aufgrund derer Bausteine zu beschreiben. Sie geht davon aus, dass die Atomkern-Grundbausteine aus jeweils drei Quarks aufgebaut sind. Die experimentelle Untersuchung von Quarks ist technisch sehr aufwendig. Impulse erwarten sich Forscher durch den neuen Beschleuniger LHC am CERN in Genf.

Überwiegend kann sich die QCD jedoch nur auf theoretische Modelle stützen, welche erst in der Zukunft mit technisch hochaufwendigen Experimenten oder durch neue Beobachtungsmethoden experimentell bestätigen lassen. So erfordert die Untersuchung kleinster Strukturen die Schaffung extremer Bedingungen, um die Materiebausteine aus ihrer Verpackung zu reißen. Diese herrschen nur in Teilchenbeschleunigern und in astronomischen Objekten wie Sternen.

Wie bei experimentell nur eingeschränkt überprüfbaren Modellen in der Physik üblich, müssen mögliche Widersprüche zunächst hingenommen und verarztet werden. So gibt es ein größeres Problem mit dem elektrisch neutralen Neutron, das alle schwereren Atome nach dem Wasserstoff mit aufbaut. Dessen theoretisch mit der QCD vorhergesagten Eigenschaften stimmen nicht völlig mit den experimentell gemessenen überein. Um einen Bruch der für die Theorie essentiellen Symmetrien zu vermeiden, führte der amerikanische Physiker Frank Wilczek das Axion als hypothetisches Teilchen ein.

Bisher waren Physiker davon ausgegangen, dass sich Axionen, die im Sonnenkern entstehen, radial in ihre Außenzonen bewegen, um hier die sie umgebende Materie zu ionisieren. Die dabei von ihren Atomkernen befreiten Elektronen werden dann gestreut, was die bei Flares entstehende Röntgenstrahlung erklären würde, die keiner Vorzugsrichtung zu folgen scheint. Das Team um Zioutas schlägt nun vor, eine genauere Untersuchung solarer Flares könnte Aufschlüsse über die Masse der Axionen liefern. Denn deren Masse ist abhängig von der Dichte des Plasmas, in der sie Röntgenstrahlung erzeugen können. Schließlich könnten Kosmologen die Axionenmasse dazu nutzen, zu berechnen, wie viele von ihnen im jungen Universum erzeugt wurden und welchen Anteil sie heute zur Dunklen Materie beitragen.

Hier gelangen Sie zur Diskussion zu diesem Thema in der Raumcon.

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