Schwarze Löcher, Dunkle Energie, Dunkle Materie - in der Astrophysik scheint man die großen Unbekannten gerne in düsteren Farben zu malen. Dabei sind diese Begriffe gar nicht schlecht gewählt, denn anders als Sterne oder Planeten geben diese Objekte kein Licht ab, sie verraten sich nur indirekt, beispielsweise durch ihre Masse, also die gravitative Wirkung auf ihre Umgebung.
So exotisch die Dunkle Materie auch ist, selten ist sie nicht, denn 95% der Masse einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens bestehen aus ihr. Doch, wenn man sie nicht sehen kann, wie kann man sie entdecken? Wer die Antwort noch nicht weiß, kann sich dieses schöne Stück Astronomie von Vera Rubin persönlich erklären lassen. Ihr verdanken wir frühe Beobachtungen, die auf die Dunkle Materie hinweisen:
Das Video ist Teil einer BBC-Dokumentation: "Most of the Universe is Missing". Leider habe ich keine synchronisierte Fassung gefunden. Die komplette Dokumentation kann in dem Lichtecho-Player unten auf dieser Seite angeschaut werden.
Woraus besteht nun die Dunkle Materie? Ein möglicher Kandidat sind sogenannte WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles, also schwach wechselwirkende massive Teilchen). Diese hypothetischen Elementarteilchen besitzen Masse und unterliegen der Schwachen Wechselwirkung, eine weitere fundamentale Kraft neben der Gravitation. Das Besondere an den WIMPS ist, dass sie wie Neutrinos oder Photonen ihre eigenen Antiteilchen sind: Kommen sich zwei WIMPS zu nahe, zerstrahlen sie in Energie, gemäß der Einstein'schen Energie-Masse-Äquvalenz. Dieser Vorgang wird Annihilation genannt.
Geht es nach einer Gruppe amerikanischer Wissenschaftler der University of Michigan fand dieser Prozess in der ersten Sterngeneration nach dem Urknall statt. Materie verdichtete sich zu gewaltigen Kugeln, in deren Inneren die WIMPS durch Annihilation gewaltige Energien erzeugten. Dieser Mechanismus zur Energieerzeugung unterscheidet sich grundlegend von der Kernfusion in heutigen Sterne. Die Wissenschaftler sprechen von Dunklen Sternen (Dark Stars), obwohl diese Sterne sicherlich hell strahlten.
Damit die Annihilation von Dunkler Materie genug Energie liefern kann, muss ein Stern aber mindestens 400 Sonnenmassen haben. Solch eine hohe Dichte von Dunkler Materie ist im frühen Universum aber durchaus gegeben. Geht dem Dunklen Stern im Laufe seiner Existenz der Nachschub an Dunkler Materie aus, kollabiert er vermutlich zu einem Schwarzen Loch.
Bis heute hat man aber diese frühe Sterngeneration (Rotverschiebung z ungefähr 10 bis 50) noch nicht beobachten können.
Die Idee von Dunklen Sternen ist zunächst rein hypothetisch. Die ersten Sterne in unserem Universum entstanden aber jeweils in einem Halo aus Dunkler Materie von über eine Million Sonnenmassen. Es ist also sehr naheliegend zu fragen, welchen Einfluss solch ein Halo auf den ersten Stern hatte. Annihilation Dunkler Materie im Sterninneren ist eine Möglichkeit. Wie jede ordentliche wissenschaftliche Hypothese liefert auch diese eine prinzipiell überprüfbare Vorhersage. Nach dem Modell der Forschergruppe sind die Dunklen Sterne sehr hell, ungefähr eine Million mal leuchtkräftiger als die Sonne, und dabei aber relativ kühl, nämlich 6000 bis 10000 Kelvin. Jetzt muss man sie nur noch finden.
(Quelle: arXiv:0812.4844v1)
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