Wie man das Undetektierbare aufspürt: Die neue Methode zur Jagd nach Dunkler Materie
Veröffentlicht von Adrien,
Quelle: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
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Dieses zusammengesetzte Bild zeigt die Verteilung der dunklen Materie, der Galaxien und des heißen Gases im Zentrum der verschmelzenden Galaxienhaufen Abell 520. Die Daten von Chandra (in grün) zeigen das heiße Gas in den Haufen und liefern Beweise dafür, dass eine Kollision stattgefunden hat. Die optischen Daten des Hubble-Weltraumteleskops und des Canada-France-Hawaii-Teleskops in Hawaii werden in Rot, Grün und Blau dargestellt. Das Licht der Sterne aus den Galaxien innerhalb der Haufen, das geglättet wurde, um den Ort der meisten Galaxien zu zeigen, ist in Orange gefärbt. Dieses Ergebnis bestätigt eine frühere Beobachtung und zeigt, dass sich ein Haufen dunkler Materie in der Nähe der meisten heißen Gase befindet, wo sehr wenige Galaxien sichtbar sind.
Bild Smithsonian Institution
Die dunkle Materie, obwohl direkt unentdeckbar, übt eine unbestreitbare Gravitationskraft auf die sichtbare Materie aus. Um ihre Geheimnisse zu lüften, schlägt Hyungjin Kim, theoretischer Physiker am DESY-Beschleunigerzentrum in Deutschland, die Verwendung innovativer Gravitationswellendetektoren vor. Diese Instrumente, die darauf ausgelegt sind, subtile Wellen im Raumzeit-Gefüge zu messen, könnten in dieser Suche entscheidend sein.
Kims Forschung deutet darauf hin, dass die Partikel der dunklen Materie, die in großer Menge in den galaktischen Halos vorhanden sind, extrem leicht sein könnten. Diese Partikeln würden sich eher wie klassische elektromagnetische Wellen verhalten, statt wie materielle Partikel. Diese Hypothese eröffnet neue Perspektiven zum Verhalten dieser schwer fassbaren Materie.
Kim vergleicht diese Fluktuationen der dunklen Materie mit den Wellen im Ozean, die sich unvorhersehbar bewegen und sich über gewaltige Entfernungen ausdehnen können. Wenn die dunkle Materie tatsächlich ultraleicht und wellenartig ist, könnte ihre Bewegung durch Gravitationswellendetektoren festgestellt werden.
Gemäß Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie sind Gravitationswellen Störungen im Raum-Zeit-Gewebe. Wenn eine solche Welle einen Gravitationswellendetektor durchquert, ändert sie vorübergehend den Abstand zwischen zwei Spiegeln oder ähnlichen Objekten im Inneren des Detektors. Kim postuliert, dass nicht nur eine Gravitationswelle, sondern auch eine sich bewegende Fluktuation der dunklen Materie diese Distanz ändern könnte.
Die drei Raumfahrzeuge der LISA-Mission werden ein Dreieck im Orbit bilden, mit Seiten von 5 Millionen Kilometern und positioniert hinter der Erde. Sie werden ähnlichen Erdumlaufbahnen folgen, wobei die Änderungen in der Länge der Dreiecksseiten minimiert werden.
Bild NASA
Allerdings besitzen die aktuellen Detektoren wie LIGO, die 2015 die Existenz von Gravitationswellen bestätigt haben, nicht die notwendige Sensibilität, um diese Fluktuationen der dunklen Materie zu erkennen. Deshalb wendet sich Kim den zukünftigen Gravitationswellendetektoren im Weltraum zu, bei denen der Abstand zwischen den Satelliten deutlich größer wäre, was möglicherweise die Messung des Einflusses der dunklen Materie erlaubt.
Obwohl es möglicherweise mehr als ein Jahrzehnt dauern kann, bis diese Theorie umgesetzt wird, mit dem geplanten Start von LISA (Laser Interferometer Space Antenna) durch die Europäische Weltraumorganisation in den 2030er Jahren, erforscht Kim auch andere Möglichkeiten, den Einfluss der dunklen Materie auf die Raum-Zeit zu detektieren, insbesondere durch schnell rotierende Neutronensterne.
Diese Forschung eröffnet neue Wege zum Verständnis eines der größten Geheimnisse des Universums und könnte unsere Konzeption der dunklen Materie revolutionieren.