Astronomie: Nahe Supernova könnte jederzeit Suche nach Dunkler Materie beenden
Unmittelbar zu Beginn einer Supernova könnten jene Teilchen entstehen, die die Dunkle Materie ausmachen. Um sie zu beobachten, bräuchten wir aber etwas Glück.
Künstlerische Darstellung eines Neutronensterns mit einem enorm starken Magnetfeld: Bei dessen Entstehung dürften Axionen entstehen.
(Bild: Casey Reed, courtesy of Penn State)
Die Suche nach der mysteriösen Dunklen Materie könnte jederzeit enden – mit einer vergleichsweise nahen Supernova und Glück. Das hat ein Forschungsteam der University of California, Berkeley ermittelt und erklärt, dass in den ersten zehn Sekunden solch einer Sternenexplosion sogenannte Axionen in genügender Menge produziert werden sollten. Die gelten als aussichtsreichste Kandidaten für die der Dunklen Materie zugrundeliegenden Teilchen. Geschieht solch eine Supernova in der Milchstraße oder einer ihrer Satellitengalaxien, sollte das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA Spuren in der Gammastrahlung nachweisen können. Aber nur, wenn es zufällig gerade in die richtige Richtung blickt. Die Wahrscheinlichkeit dafür liege bei etwa 1 zu 10.
Könnte jederzeit passieren
Wie die Forschungsgruppe erläutert, würde die Beobachtung einer Supernova wie jener im Jahr 1987 mit einem modernen Gammastrahlenteleskop ausreichen, um eine der interessantesten Theorien zur Natur der Dunklen Materie entweder zu bestätigen oder auszuschließen. Dabei gehe es vor allem um jene Eigenschaften, die nicht im Labor untersucht werden können. Dabei geht es vor allem um die Masse des bislang nur theoretisch beschriebenen Teilchens. Dafür würden auch nur wenige Sekunden an Beobachtungsdaten reichen, es müssten aber jene unmittelbar zu Beginn der Explosion sein. Deshalb seien alle im Team ziemlich nervös, weil wir bei einer solchen Supernova ziemliches Glück bräuchten – und die könnte jederzeit geschehen.
"Alle die an der Studie mitgearbeitet haben, sind besorgt, dass die nächste Supernova passieren könnte, bevor wir die richtigen Instrumente haben", meint der Physiker Benjamin Safdi, der die Arbeit geleitet hat. Es wäre wirklich ärgerlich, sollte sich morgen solch eine Supernova ereignen und wir hätten keine Möglichkeit, diesen Nachweis zu tätigen, meint er. Möglicherweise müsste man dann wieder 50 Jahre warten. Deshalb habe man bereits Vorschläge für eine Flotte von Gammastrahlenteleskopen ausgearbeitet, die zusammen rund um die Uhr den gesamten Himmel im Blick behalten. Nennen würden sie die "GALactic AXion Instrument for Supernova" oder GALAXIS.
Eine der großen Fragen
Die Frage nach der Natur der Dunklen Materie gehört gegenwärtig zu den wichtigsten der Grundlagenphysik. Deren Existenz wurde anhand astronomischer Beobachtungen postuliert, bei denen Sternenbewegungen gemessen wurden, die sich mit der bekannten Materie und deren Gravitation nicht ausreichend erklären lassen. Insgesamt sollte es demnach fünfmal mehr Dunkle Materie im Kosmos geben als klassische. Axionen gelten als Teilchen, aus denen sie sich zusammensetzt, gesucht wird nach ihnen auch am Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY). Mit der jetzt in den Physical Review Letters veröffentlichten Forschungsarbeit zum Nachweis mittels einer Supernova will das Team aus Kalifornien dazu beitragen, dass eine aussichtsreiche Methode nicht übersehen wird.
In der Forschungsarbeit beschreibt das Team nicht nur, wie Axionen unmittelbar nach dem Kollaps eines Sterns zu einem Neutronenstern produziert werden dürften. Aus dem fehlenden Nachweis der dabei entstehenden Gammastrahlung bei der erdnächsten Supernova der vergangenen Jahrhunderte hat die Gruppe außerdem besser ermitteln können, welche Masse für die Axionen nicht infrage kommt. Die hat sich 1987 in der Großen Magellanschen Wolke ereignet. Sollte man die nächste mit dem Weltraumteleskop Fermi beobachten können, könnte man viel genauere Werte ermitteln und das mit großer Zuverlässigkeit – "denn keine normale Materie kann solch ein Ereignis auslösen", erklärt Safdi noch.
(mho)