CHANDRA
Auf der Suche nach Antimaterie
von Stefan Deiters
astronews.com
3. November 2008

Mit Hilfe des NASA-Röntgenteleskops Chandra hat sich ein Wissenschaftler auf die Suche nach Antimaterie gemacht, die von der Entstehung des Universums übriggeblieben ist. Dazu verwendete er auch Daten des Gammastrahlenteleskops Compton. Bislang war der Forscher allerdings wenig erfolgreich.

Der Bullet-Cluster. Für dieses Bild wurden Röntgendaten von Chandra (rot) mit optischen Daten (gelb) kombiniert. Foto: NASA / CXC / CfA / M. Markevitch et al. (Röntgen) / NASA / STScI / Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al. (optisch) [Großansicht]

Antimaterie besteht aus Elementarteilchen, die die genau gleiche Masse wie die der normalen Materie haben, allerdings die entgegengesetzten Ladungen. Trifft Antimaterie auf Materie löschen sich beide gegenseitig aus und zerstrahlen gemäß Einsteins berühmter Formel E=mc² als Energie. Nach Ansicht der Astronomen bestand unser Universum kurz nach dem Urknall aus Materie und Antimaterie. Das meiste davon zerstrahlte. Doch da ein wenig mehr Materie als Antimaterie entstanden war, blieb am Ende nur noch die Materie übrig - zumindest in unserem lokalen Universum.

Astronomen glauben, dass durch hochenergetische Phänomene wie etwa gewaltigen gebündelte Teilchenstrahlen von Schwarzen Löchern, winzige Spuren von Antimaterie entstehen können. Hinweise darauf, dass auch Antimaterie aus der Zeit kurz nach dem Urknall übriggeblieben ist, hat man bislang allerdings nicht gefunden. Doch könnte dies theoretisch der Fall sein, glauben die Wissenschaftler, da es im Universum eine Phase gab, in der sich unser Weltall in kurzer Zeit ungeheuer ausgedehnt hat - die sogenannte Inflationsphase.

"Wenn Klumpen von Materie und Antimaterie nebeneinander vor der Inflation existierten, könnten sie nach der Inflationsphase weiter voneinander entfernt sein, als das sichtbare Universum groß ist. Wir würden also nie beobachten, dass sie sich treffen", erläutert Gary Steigman von der Ohio State University, der die Untersuchung durchführte. "Aber eventuell wurden sie auch auf kleineren Größenordnungen getrennt, wie etwa als Supergalaxienhaufen oder Galaxienhaufen. Und dies wäre eine viel interessantere Möglichkeit."

Dann nämlich sollte es möglich sein, bei Kollisionen von Galaxienhaufen, den größten gebundenen Strukturen im Universum, Hinweise auf Antimaterie zu entdecken. Mit einem Röntgenteleskop kann man dabei das heiße Gas der aufeinandertreffenden Haufen untersuchen. Enthält dieses Gas auch Antimaterie, sollte außer Röntgenstrahlung auch Gammastrahlung zu beobachten sein. Um dies zu überprüfen nahm sich Steigman den Bullet-Cluster vor. Es handelt sich dabei um zwei kollidierende Galaxienhaufen, die der Erde vergleichsweise nahe sind und sich aus einer guten Position beobachten lassen.

Der Wissenschaftler nutzte für seine Untersuchung, die er im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlichte, Daten des Röntgenteleskops Chandra und des Compton-Gammastrahlenteleskops, das im vergangenen Jahrzehnt in Betrieb war und im Jahr 2000 kontrolliert zum Absturz gebracht wurde. "In diesem Maßstab wurde dieser Test auf Antimaterie bislang noch nicht durchgeführt", so Steigman. "Ich habe untersucht, ob es irgendwelche Gruppen von Galaxien gibt, die zum größeren Teil aus Antimaterie bestehen."

Die Analyse der Daten von Chandra zusammen mit der Tatsache, dass Compton keine Gammastrahlen entdeckt hatte, deutet allerdings darauf hin, dass der Antimaterie-Anteil im Bullet-Cluster unter drei Teile pro Millionen Partikel liegt. Simulationen der Kollision der beiden Haufen zeigen zudem, dass es hier auch keine signifikanten Mengen an Antimaterie auf Skalen von über 65 Millionen Lichtjahren geben sollte - so weit waren die beiden Haufen ursprünglich entfernt.

Steigman lässt sich von dem Ergebnis nicht entmutigen: "Die Kollision von Materie und Antimaterie ist der effektivste Prozess zur Erzeugung von Energie im Universum. Vielleicht passiert das jedoch nicht auf großen Skalen", so der Wissenschaftler. "Aber noch gebe ich nicht auf und nehme mir jetzt weitere kollidierende Galaxienhaufen vor, die in jüngster Zeit entdeckt wurden."