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DUNKLE MATERIE
Haare aus Dunkler Materie um die Erde?
von Stefan Deiters
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24. November 2015

Aus was die mysteriöse Dunkle Materie besteht, weiß man bis heute nicht. Sollte es sich dabei aber, wie viele Theorien vermuten, um einen bestimmten Typus von Partikeln handeln, müssten diese in langen Strömen durch unsere Galaxie fließen. Jetzt hat ein Forscher ausgerechnet, was passiert, wenn so ein Strom auf die Erde oder den Jupiter trifft. Es hätte faszinierende Konsequenzen.

Haare

Gibt es rund um die Erde "Haare" aus Dunkler Materie? Nach den jetzt veröffentlichten Ergebnissen einer Simulation erscheint dies möglich. Bild: NASA/JPL-Caltech [Großansicht]

Dunkle Materie ist zwar unsichtbar, macht aber, davon sind zumindest viele Wissenschaftler überzeugt, bis zu 27 Prozent der Gesamtmasse und Gesamtenergie des Universums aus. Die normale Materie, die wir in Form von Sternen oder Gas um uns herum sehen, bringt es nur auf etwa fünf Prozent, für den großen Rest ist die noch mysteriösere Dunkle Energie verantwortlich, die für die beschleunigte Expansion des Universums sorgt.

Doch auch wenn man die Dunkle Materie nicht sehen kann und bislang kein direkter Nachweis gelungen ist, haben Astronomen sehr gute Gründe dafür, von ihrer Existenz überzeugt zu sein. Die Dunkle Materie macht sich nämlich durch ihre gravitative Anziehungskraft bemerkbar und beeinflusst so auch die Bewegung der sichtbaren Materie.

Die meisten Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass es sich bei der Dunklen Materie um eine bestimmte Art von bislang noch nicht nachgewiesenen Elementarteilchen handelt, die man als "kalte Dunkle Materie" zusammenfasst - kalt, weil sich die Partikel relativ langsam im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit bewegen. Beispiele für Partikel der kalten Dunklen Materie sind etwa sogenannte WIMPS, was für Weakly Interacting Massive Particles steht. Modelle zur Galaxienentstehung berücksichtigen diese kalte Dunkle Materie.

Material für die Entstehung von Galaxien sammelt sich danach an Orten, wo Dichtefluktuationen in dieser Dunklen Materie für eine etwas höhere Materiedichte sorgen. Solche Modelle sagen dann auch voraus, dass es in Galaxien Ströme aus Dunkelmaterie-Partikeln geben muss, die sich durch die Galaxie bewegen und um deren Zentrum kreisen.

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"So ein Strom kann sehr viel größer sein, als das Sonnensystem und in unserer galaktischen Nachbarschaft könnten sich gleich mehrere solcher Ströme kreuzen", so Gary Prézeau vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, der sich nun mit der Frage beschäftigt hat, was eigentlich passiert, wenn so ein Strom auf die Erde oder den Gasriesen Jupiter trífft.

Da Dunkle Materie nicht mit normaler Materie wechselwirkt - und deswegen ja auch so schwer nachzuweisen ist - würden solche Ströme für uns natürlich keinerlei Gefahr darstellen, die Gravitationskraft der Erde würde den Partikelstrom aber natürlich beeinflussen. Wie genau, hat Prézeau jetzt mithilfe von Computersimulationen ermittelt.

Danach sorgt ein Planet, der sich in so einem Strom von Dunkler Materie befindet, dafür, dass die Partikel in sehr dünne Fäden - Prészeau bezeichnet sie als "Haare" - fokussiert werden. Von der Erde sollten zahlreiche solcher Haare aus Dunkler Materie ausgehen: Wenn Dunkelmaterie-Partikel genau durch den Erdkern strömen, werden sie in einer Art Wurzelbereich der Haare fokussiert, der etwa eine Million Kilometer von der Erdoberfläche entfernt liegt. Die Partikel, die die Erdoberfläche nur streifen, bilden den oberen Bereich des Haares.

Interessant sind diese Berechnungen vor allem deshalb, weil es in den Wurzeln der Dunkelmaterie-Haare eine deutlich höhere Konzentration von Dunkler Materie geben sollte - sie liegt, so die Simulationen, bei mehr als einer Milliarde Mal über der durchschnittlichen Konzentration. "Wenn man den genauen Ort der Wurzeln dieser Haare feststellen könnte, wäre es möglich, eine Sonde dorthin zu schicken, die eine Vielzahl von Daten über Dunkle Materie sammeln könnte", so Prézeau.

Der Jupiter sollte, so das Ergebnis der Berechnungen, für noch dramatisch höhere Konzentrationen in den Wurzelbereichen der Dunkelmaterie-Haare sorgen. Außerdem zeigten die Simulationen, dass die Haare Informationen über die verschiedenen Schichten der Erde enthalten: So würden Dichteunterschiede für charakteristische Knicke in den Haaren sorgen.

Die Arbeit von Prézeau könnte ein erster Schritt zum besseren Verständnis über Dunkle Materie sein. Allerdings sind noch umfangreiche weitere Untersuchungen nötig, um die Resultate zu bestätigen. Über die Simulationen und ihre Ergebnisse berichtet Prézeau jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist. 

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siehe auch
Dunkle Materie: Dunkle Materie auch in der inneren Milchstraße - 9. Februar 2015
AMS: Weiterer Hinweis auf Natur der Dunklen Materie? - 19. September 2014
La Silla: Keine Dunkelmaterie in Umgebung der Sonne - 18. April 2012
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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