GLAST
Mögliche Suche nach Dunkelmaterie-Teilchen
von Stefan Deiters
astronews.com
20. August 2008

Neue kosmologische Simulationen deuten darauf hin, dass sich auch in der Umgebung des Sonnensystems Klumpen und Ströme aus Dunkler Materie befinden. Trifft dies zu, könnte man eventuell schon bald mit Hilfe des kürzlich gestarteten Gammastrahlen-Weltraumteleskops GLAST mehr darüber erfahren, aus was Dunkelmaterie eigentlich besteht.

In ihrer Simulation fanden die Forscher auch noch in den inneren Regionen einer Milchstraßen-ähnlichen Galaxie deutliche Klumpen und Ströme Dunkler Materie. Bild: UCSC / M. Zemp

"In früheren Simulationen konnte man im inneren Bereich des galaktischen Halos keinerlei Strukturen bei der Dunkelmaterie-Verteilung erkennen, aber jetzt ist die Auflösung groß genug, um Klumpen aus Dunkler Materie identifizieren zu können", erläutert Piero Madau, Professor für Astronomie an der University of California in Santa Cruz. Zusammen mit Kollegen hat er die Ergebnisse der Simulationen kürzlich im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht. Sie könnten helfen, etwas mehr über die Beschaffenheit dieses wichtigen Bestandteils des Universums zu erfahren.

Bislang hat sich Dunkelmaterie nur durch seine Gravitationswirkung verraten. Es gibt allerdings eine Theorie, nach der Dunkelmaterie aus sogenannten Weakly Interacting Massive Partikcles, also schwach wechselwirkenden massereichen Partikeln, kurz WIMPs, besteht. Diese können sich gegenseitig auslöschen und sollten dabei Gammastrahlen aussenden. Und genau dieses Strahlung könnte das unlängst gestartete Gammastrahlen-Teleskop GLAST (astronews.com berichtete) aufspüren. "Das macht die Sache so faszinierend", meint Madau. "Einige dieser Klumpen sind so dicht, dass sie eine Menge an Gammastrahlen aussenden müssten, wenn es diese Dunkelmaterie-Vernichtung wirklich gibt. Und GLAST müsste sie leicht beobachten können."

Jürg Diemand, Wissenschaftler in Santa Cruz, hat zusammen mit Kollegen genau ausgerechnet, nach welchen Signalen GLAST suchen müsste, um die Gammastrahlen der Dunkelmaterie zu entdecken. Ein Artikel darüber wurde inzwischen von der Fachzeitschrift Astrophysical Journal zur Veröffentlichung akzeptiert.

"Es gibt einige Kandidaten für Dunkelmaterie und unsere Vorhersagen für GLAST gelten für einen bestimmten Typ mit festgelegten Eigenschaften", erklärt Diemand. "Für typische WIMPs sollten es nach zwei Jahren Beobachtung eine Handvoll bis zu einige Dutzend deutliche Signale geben, die sich vom Gammastrahlenhintergrund abheben. Das wäre wirklich eine große Entdeckung für GLAST."

Über 80 Prozent der Materie im All liegt in Form von Dunkelmaterie vor. Bis heute wissen die Astronomen allerdings noch nicht, um was es sich bei Dunkelmaterie genau handelt. Man nimmt an, dass sich normale Materie an Stellen gesammelt hat, in denen es besonders viel Dunkelmaterie gibt und sich dann dort Sterne, Planeten und ganze Galaxien gebildet haben.

Wie im Universum mit Hilfe von Dunkler Materie Strukturen entstanden, haben die Astronomen mit Hilfe ihres Computerprogramms verfolgt. Die Simulation lief einen Monat lang und modellierte die Entwicklung von etwa einer Milliarde Partikeln aus Dunkelmaterie über einen Zeitraum von 13,7 Milliarden Jahren. Das Programm lief parallel auf bis zu 3.000 Einzelprozessoren. "Wir haben die Dunkelmaterie-Verteilung fast vom Urknall bis heute simuliert und besonderen Wert auf die Auflösung von Dunkelmaterie-Halos um Galaxien wie unsere Milchstraße gelegt", erklärt Diemand. "So konnten wir jede Menge kleinere Strukturen erkennen, auch in Regionen wo sich unser Sonnensystem befindet."