Die ersten Beobachtungen des chinesischen Orbitalobservatoriums DAMPE, das nach dunkler Materie suchen soll, sprechen dafür, dass dunkle Materie tatsächlich in der Nähe der Erdumlaufbahn und im Zentrum der Galaxie zerfallen kann, sagen Wissenschaftler in einem Artikel in der Zeitschrift Nature.
„Dieser 'Grenzwert' im Spektrum der kosmischen Strahlung, den wir entdeckt haben, könnte auf die Existenz dunkler Materie hinweisen. Andererseits könnte es von einer anderen Quelle dieser Partikel stammen. Zur Beantwortung dieser Frage sind weitere Daten erforderlich, und wir gehen weiterhin davon aus, dass DAMPE noch mindestens fünf Jahre in Betrieb sein wird “, sagte Chang Jin vom Zijinshan-Observatorium in Nanjing, China.
Dunkle Himmel
Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass das Universum aus der Materie besteht, die wir sehen und die die Grundlage aller Sterne, Schwarzen Löcher, Nebel, Staubhaufen und Planeten bildet. Die ersten Beobachtungen der Bewegungsgeschwindigkeit von Sternen in nahe gelegenen Galaxien zeigten jedoch, dass sich die Sterne am Stadtrand mit einer unglaublich hohen Geschwindigkeit in ihnen bewegen, die etwa zehnmal höher war als Berechnungen, die auf den Massen aller Sterne in ihnen basierten.
Der Grund dafür war laut heutigen Wissenschaftlern die sogenannte dunkle Materie - eine mysteriöse Substanz, die etwa 75% der Masse der Materie im Universum ausmacht. Typischerweise hat jede Galaxie etwa 8 bis 10 Mal mehr dunkle Materie als ihre sichtbare Cousine, und diese dunkle Materie hält die Sterne an Ort und Stelle und verhindert, dass sie sich zerstreuen.
Heute sind fast alle Wissenschaftler von der Existenz der Dunklen Materie überzeugt, aber ihre Eigenschaften bleiben neben ihrem offensichtlichen Einfluss der Gravitation auf Galaxien und Galaxienhaufen ein Rätsel und werden von Astrophysikern und Kosmologen kontrovers diskutiert. Wissenschaftler gingen lange Zeit davon aus, dass es sich um superschwere und "kalte" Partikel handelt - "Weicheier", die sich in keiner Weise manifestieren, außer dass sie sichtbare Materiecluster anziehen.
Die ersten möglichen Spuren dunkler Materie wurden 2008 vom russischen Satelliten Resurs-DK1 gefunden, dessen PAMELA-Detektor Spuren einer ungewöhnlich großen Anzahl von Antimaterieteilchen in der Erdumlaufbahn entdeckte, die nach Ansicht von Wissenschaftlern durch den Zerfall dieser mysteriösen Substanz erzeugt werden könnten.
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Später wurden diese Daten vom AMS-02-Detektor an Bord der ISS bestätigt. Viele Astrophysiker sind jedoch mit dieser Idee nicht einverstanden und glauben, dass diese Antimaterie tatsächlich weniger exotischen Ursprungs ist - sie könnte durch Pulsare oder andere entfernte Quellen kosmischer Strahlen hoher Höhe erzeugt worden sein Energien.
In diesem Jahr wurde die "Pulsar" -Theorie nach der Veröffentlichung von Daten in Frage gestellt, die vom HAWC-Teleskop in großer Höhe gesammelt wurden, das das Universum im Gammabereich beobachtet. Dies belebte das Interesse der Physiker an "exotischen" Erklärungen für diese seltsame Anomalie in der Erdumlaufbahn.
Kosmologische Rätsel
Das DAMPE-Weltraumteleskop, das China im Dezember 2015 in die Erdumlaufbahn gebracht hat, hat diese Annahmen auf der anderen Seite getestet, indem es ultrahochenergetische kosmische Strahlen unbekannten Ursprungs beobachtet, die im Zentrum unserer Galaxie und anderer Sternhaufen entstehen.
Diese Strahlung kann nach Ansicht einiger Kosmologen heute auch durch Zerfall der Dunklen Materie an den Stellen entstehen, an denen sie sich besonders stark ansammelt. Wenn dies so ist, haben die kosmischen Strahlen, die vom Zentrum der Galaxie ausgehen, ein spezielles Energiespektrum - die Anzahl der Teilchen ändert sich zunächst relativ langsam, wenn die Energie zunimmt, aber wenn sie einen bestimmten Punkt erreichen, sinken sie stark ab.
Die ersten Hinweise auf die Existenz dieser "Klippe", wie von Jin festgestellt, wurden bei Beobachtungen an AMS-02 gefunden, aber dieser Detektor konnte keine Partikel mit ultrahoher Energie verfolgen, die DAMPE "sehen" kann, und die Daten von bodengestützten Teleskopen waren nicht ausreichend genau, um sicher zu sagen.
Laut chinesischen Physikern sind die von DAMPE während seines ersten Betriebszyklus von Dezember 2015 bis Juni 2017 gesammelten Daten der erste endgültige Beweis dafür, dass diese "Klippe" tatsächlich existiert und genau dort liegt, wo sie sein sollte mit theoretischen Vorhersagen.
Jin und seine Kollegen hoffen, dass DAMPE in den nächsten fünf Jahren Daten über weitere 10 Milliarden kosmische Strahlen sammeln wird, mit denen Wissenschaftler Messfehler reduzieren und schließlich nachweisen können, dass diese Anomalie vorliegt.
Es ist noch nicht klar, ob es durch den Zerfall der Dunklen Materie oder durch weniger exotische Prozesse entstanden ist. Die Physiker hoffen, dass die Beobachtung von ultrahochenergetischen Strahlen, deren Energien 10 TeV überschreiten, uns helfen wird zu verstehen, ob sie aus dem Zerfall der Dunklen Materie stammen oder von Pulsaren oder Supernova-Überresten erzeugt wurden.
