Zwei Teilchentypen dunkler Materie könnten ihre Unsichtbarkeit in Zwerggalaxien erklären

Verschiedene Typen von Teilchen der dunklen Materie könnten einzigartige Mischungen bilden – das würde ihre „Unsichtbarkeit“ in Zwerggalaxien erklären

Eine neue Studie kommt zu dem Schluss, dass dunkle Materie aus zwei unterschiedlichen Teilchentypen bestehen könnte. Damit liessen sich widersprüchliche Messresultate aus der Forschung zu dieser rätselhaften Substanz besser einordnen – und zugleich würde die Suche schwieriger nach etwas, das nach gängiger Annahme mehr als die Hälfte der gesamten Materie im Universum ausmacht.

Widersprüchliche Signale: Milchstrassenzentrum vs. Zwerggalaxien

Ein Forschungsteam, zu dem auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Fermilab gehören, zeigt: Je nachdem, in welchem Verhältnis die beiden Arten dunkler Materie vorkommen, können sehr unterschiedliche Datensätze entstehen. Das könnte erklären, weshalb dunkle Materie weiterhin so schwer nachzuweisen ist. So wird etwa Gammastrahlung, die mit der Annihilation von Teilchen dunkler Materie in Zusammenhang gebracht wird, im Zentrum der Milchstrasse beobachtet – in anderen Galaxien hingegen nicht.

Der theoretische Physiker Gordan Krnjaic vom Fermilab sagte dazu: „Wenn bestimmte Theorien der dunklen Materie stimmen, dann müssten wir sie in jeder Galaxie sehen, zum Beispiel in jeder Zwerggalaxie“. Dass ausgerechnet in Zwerggalaxien keine entsprechenden Signale auftauchen, könnte jedoch darauf hindeuten, dass es zwei Teilchentypen dunkler Materie gibt, die sich in ihrem Verhalten unterscheiden.

Annihilation als Modell – zwei Szenarien mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit

Dunkle Materie wird häufig als Teilchen beschrieben, die bei Kontakt miteinander annihilieren und dabei hochenergetische Gammastrahlen erzeugen. In der Studie werden zwei Annihilations-Szenarien gegenübergestellt: eines mit einer konstanten Wahrscheinlichkeit und eines, bei dem die Wahrscheinlichkeit von der Geschwindigkeit der Teilchen abhängt.

Den Messdaten aus dem Zentrum der Milchstrasse entspricht demnach eher das Szenario mit konstanter Wahrscheinlichkeit. Die „Stille der Zwerggalaxien“ deutet dagegen stärker auf den geschwindigkeitsabhängigen Fall hin.

Krnjaic erläuterte den Ansatz so: „Wir vermuten, dass dunkle Materie aus zwei verschiedenen Teilchen besteht, und für die Annihilation müssen sie einander finden“. Welches Mischungsverhältnis dieser Teilchen in einer Region vorliegt, bestimmt demnach, wie stark die Annihilation dort ausfällt.

Begrenzte Datenlage und weitere Beobachtungen mit Fermi

Zugleich wird betont, dass die Daten zu Zwerggalaxien bislang noch begrenzt sind. Zusätzliche Beobachtungen mit dem Fermi Gamma-Ray Telescope sollen helfen, genauer zu klären, ob diese Galaxien tatsächlich Gammastrahlung erzeugen.