Astronomie: ISS liefert neue Erkenntnisse über Dunkle Materie

Messungen eines Detektors an der ISS fingen Positronen ein, die Rückschlüsse auf die Dunkle Materie erlauben. Sie bleibt eine der größten Unbekannten der Astrophysik.

Datum: 03.04.2013 - 19:42 Uhr

Der "Alpha Magnetic Spectrometer Detektor" ("AMS-02") an der Außenwand der Raumstation ISS

Ein Detektor auf der Internationalen Raumstation ISS hat neue Hinweise auf der Suche nach Dunkler Materie geliefert. Die Forscher um den Physik-Nobelpreisträger Samuel Ting beobachteten einen Überschuss von Positronen im Weltall, die aus allen Richtungen auf die Erde einprasseln. Das berichtete das Genfer Kernforschungszentrum Cern.

Positronen sind die positiv geladenen Anti-Teilchen der Elektronen. Sie könnten nach Ansicht vieler Physiker entstehen, wenn sich zwei Teilchen der Dunklen Materie im Weltall begegnen. Aufgefangen hat sie das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), das am 19. Mai 2011 an der Außenseite der ISS installiert wurde.

Die Dunkle Materie gilt als eines der größten Rätsel der modernen Physik. Wissenschaftler forschen seit 80 Jahren auf diesem Gebiet. Sie wollen klären, weshalb Galaxien in großen Gruppen durch den Kosmos fliegen, obwohl die Sterne darin zu wenig Schwerkraft aufbringen, um die riesigen Gebilde zusammenzuhalten. Ohne Dunkle Materie bleibt auch rätselhaft, weshalb sich die spiralförmigen Arme unserer Galaxie viel schneller drehen, als sich mit der Schwereanziehung der sichtbaren Materie erklären lässt.

Inflation: Exponentielle Aufblähung des Universums unmittelbar nach dem Urknall. Sie wurde postuliert, um Widersprüche im Urknallmodell zu beseitigen. Ihre Ursache ist noch unklar.
Dunkle Energie: Sie wirkt wie ein Überdruck im Kosmos und gilt als Ursache der beschleunigten Expansion des Universums. Bislang ist sie nur eine Hypothese.
Dunkle Materie: Hypothetische Materieform, die sich bislang nur durch die Schwerkraft bemerkbar macht. Physiker hoffen, dass sie die Elementarteilchen der Dunklen Materie im Teilchenbeschleuniger LHC in Genf finden werden.
Roter Riese: Zwischenstadium eines Sterns, der 0,5- bis fünfmal so schwer ist wie unsere Sonne. Da der Wasserstoff im Kern aufgebraucht ist, fusionieren nun Atome in der Hülle des Sterns. Das Gas in der äußeren Schicht wird erhitzt und dehnt sich aus – der Stern bläht sich auf. Dadurch verteilt sich die Energie auf eine größere Oberfläche, sodass die Temperatur sinkt. Der Stern leuchtet nur noch rötlich.
Weißer Zwerg: Endstadium eines Roten Riesen. Die Hülle des Sterns ist abgesprengt, übrig bleibt eine Kugel, so groß wie unsere Erde. Da sich die verbleibende Energie auf eine kleinere Oberfläche konzentriert, steigt die Temperatur – und der Stern leuchtet sehr hell.

Die Dunkle Materie soll fünfmal häufiger im Weltall vorkommen als jene Materie, aus der Menschen, Planeten und Sterne aufgebaut sind. Das geht aus Beobachtungen des frühen Universums hervor, die das Team des Esa-Satelliten Planck erst Mitte März präsentiert hatte. Bisher wissen Forscher nicht, woraus die Dunkle Materie besteht. Die populärste Theorie geht von bisher unbekannten Elementarteilchen aus, die nicht mit Licht wechselwirken und daher für das menschliche Auge unsichtbar sind.

Astronomen vermuten große Mengen Dunkler Materie an den Rändern der Milchstraße. Bemerkbar könnten sie sich machen, wenn zwei der Teilchen zusammenstoßen. Dabei würden sich diese gegenseitig auslöschen, und aus der freigesetzten Energie könnten Positronen entstehen. Das geht zumindest aus der Supersymmetrie hervor, einer ambitionierten Theorie, die das bisherige Weltmodell der Physiker erweitern soll.

Aber auch bekannte astronomische Objekte wie etwa Pulsare könnten die überschüssigen Positronen ins Weltall feuern. Die Studie, die das Fachjournal Physical Review Letters veröffentlichten will, liefert laut Cern allerdings Hinweise darauf, dass die Positronen aus allen Richtungen auf die Erde treffen. Das würde man von einem Signal der Dunklen Materie erwarten, da diese gleichmäßig um unsere Galaxie verteilt sein soll.

AMS-02 bestätigt weniger genaue Messungen des Weltraumteleskops Fermi und des Satellitendetektors Pamela. Die Forscher sind sich noch nicht sicher, ob die nun registrierten Positronen wirklich von der Dunklen Materie stammen. "In den nächsten Monaten wird uns AMS endgültig sagen können, ob diese Positronen ein Signal der Dunklen Materie sind, oder ob sie einen anderen Ursprung haben", sagte Ting.

Seit Beginn der Messungen vor knapp zwei Jahren hat der Detektor AMS-02 über 30 Milliarden Teilchen aufgefangen, darunter etwa 400.000 Positronen. Die Suche nach Dunkler Materie findet allerdings nicht nur fernab der Erde statt. In Untergrundlaboren versuchen Forscher, Kollisionen von Dunkle-Materie-Teilchen und Atomkernen nachzuweisen.

Zudem könnte der 27 Kilometer lange Kreisbeschleuniger LHC des Cerns einen wichtigen Beitrag zur Suche liefern. In den Partikelkollisionen unter Genf könnten ab 2015 Dunkle-Materie-Teilchen erzeugt werden, hoffen die Forscher. "Ich bin zuversichtlich, dass wir im Tandem das Dunkle-Materie-Rätsel innerhalb der nächsten paar Jahre lösen können", sagte der Cern-Direktor Rolf-Dieter Heuer.