{"id":1920,"date":"2025-08-17T11:46:01","date_gmt":"2025-08-17T08:46:01","guid":{"rendered":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/?p=1920"},"modified":"2025-11-20T13:37:14","modified_gmt":"2025-11-20T10:37:14","slug":"wechselwirkung-von-sternen-galaxien-und-dunkler-materie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/2025\/08\/17\/wechselwirkung-von-sternen-galaxien-und-dunkler-materie\/","title":{"rendered":"Wechselwirkung von Sternen, Galaxien und dunkler Materie"},"content":{"rendered":"

Die extremen Bedingungen in Neutronensternen machen sie zu idealen Laboren f\u00fcr die Erforschung der Physik unter Bedingungen, die nirgendwo sonst im Universum zu finden sind. Wissenschaftler vermuten zudem, dass einige tote Sterne aus dem dichtesten Material im bekannten Universum, sogenannte Neutronensterne, als Fallen f\u00fcr Dunkle-Materie-Teilchen fungieren k\u00f6nnten, die bei hoher Geschwindigkeit kollidieren und sich gegenseitig vernichten. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Braune Zwerge, auch als gescheiterte Sterne bekannt, als Gravitationsfallen f\u00fcr Dunkle Materie fungieren und dieses exotische Material zur Wechselwirkung zwingen k\u00f6nnten.<\/span><\/p>\n

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Wissenschaftler planen, die \u201eUhren\u201c toter Sterne zu nutzen, um Licht auf die geheimnisvollste Entit\u00e4t des Universums zu werfen: die dunkle Energie.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Bei diesen Zeitmessern handelt es sich um Pulsare, also schnell rotierende Neutronensterne, die aus dem Tod von Sternen mit mindestens der achtfachen Sonnenmasse entstehen. Die extremen Bedingungen in Neutronensternen machen sie zu idealen Laboren f\u00fcr die Erforschung der Physik unter Bedingungen, die nirgendwo sonst im Universum zu finden sind.<\/span><\/p>\n

Sogenannte \u201eMillisekundenpulsare\u201c k\u00f6nnen sich mit Hunderten von Umdrehungen pro Sekunde drehen und von ihren Polen elektromagnetische Strahlung aussenden, wie kosmische Leuchtt\u00fcrme, die den Weltraum durchdringen. Ihren Namen erhielten sie, weil diese Neutronensterne bei ihrer ersten Entdeckung zu pulsieren schienen und ihre Helligkeit zunahm, je direkter ihre Strahlen auf die Erde gerichtet waren. Die Ergebnisse des Teams wurden am 15. Juli auf dem National Astronomy Meeting (NAM) 2024 an der University of Hull vorgestellt.<\/span><\/p>\n

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\nDiagramm, das die durch dunkle Materie verursachte Gravitationslinsenwirkung zeigt. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Die ultrapr\u00e4zise Synchronisierung der Helligkeits\u00e4nderungen von Pulsaren im Millisekundenbereich erm\u00f6glicht deren Einsatz als kosmische Uhren in sogenannten Pulsar-Zeitmessantennen. Diese Antennen sind so pr\u00e4zise, dass sie Gravitationsst\u00f6rungen im Gef\u00fcge von Raum und Zeit messen k\u00f6nnen, die zu einer vierdimensionalen Einheit namens \u201eRaumzeit\u201c kombiniert werden. Dies k\u00f6nnte ein idealer Weg f\u00fcr die Suche nach dunkler Materie sein.<\/span><\/p>\n

\u201eDie Wissenschaft hat sehr pr\u00e4zise Methoden zur Zeitmessung entwickelt\u201c, sagte der Pulsar-Zeitmesser-Forscher John Losecco von der University of Notre Dame. \u201eAuf der Erde gibt es Atomuhren und im Weltraum Pulsare.\u201c<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie ist so mysteri\u00f6s, weil sie weder mit Licht noch mit normaler Materie interagiert. Und wenn doch, dann ist sie sehr schwach und wir k\u00f6nnen sie nicht erkennen. \u201eNormale Materie\u201c besteht aus Atomen, die aus Elektronen, Protonen und Neutronen bestehen, die mit Licht und Materie interagieren. Daher wissen Wissenschaftler, dass Dunkle Materie aus anderen Teilchen bestehen muss.<\/span><\/p>\n

Obwohl dunkle Materie nicht mit Licht interagiert, \u00fcbt sie eine Gravitationskraft aus. Ihre Existenz l\u00e4sst sich aus der Art und Weise ableiten, wie diese Kraft auf Licht und auch auf gew\u00f6hnliche Materie wirkt. Diesen Effekt dieser Gravitationskraft auf Licht wollten Losecco und seine Kollegen mit Pulsaren untersuchen.<\/span><\/p>\n

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\nK\u00fcnstlerische Darstellung einer Reihe von Pulsaren, die von Gravitationswellen beeinflusst werden, die von einem bin\u00e4ren supermassiven Schwarzen Loch in einer fernen Galaxie erzeugt werden. Aurora Simonnet\/NANOGrav<\/span><\/em><\/p>\n

Nach Albert Einsteins Allgemeiner Relativit\u00e4tstheorie kr\u00fcmmen Objekte mit Masse das Raumzeitgef\u00fcge selbst, und die Schwerkraft entsteht durch diese Kr\u00fcmmung. Wenn Licht diese Kr\u00fcmmung durchl\u00e4uft, ver\u00e4ndert sich auch seine Flugbahn. Dies kann die Reisezeit des Lichts ver\u00e4ndern, sodass Licht desselben entfernten Objekts die Erde zu unterschiedlichen Zeiten erreicht und es theoretisch \u201everlangsamt\u201c (die Lichtgeschwindigkeit \u00e4ndert sich nicht, nur die zur\u00fcckgelegte Distanz).<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie besitzt Masse, und daher k\u00f6nnen Klumpen dieser mysteri\u00f6sen Materieform auch die Raumzeit kr\u00fcmmen. Dadurch wird der Weg des Lichts von weit entfernten Objekten gekr\u00fcmmt und seine Ankunftszeit verz\u00f6gert, wenn es Klumpen dunkler Materie durchquert. Dieser Effekt wird als \u201eGravitationslinse\u201c bezeichnet, wobei der dazwischenliegende K\u00f6rper, der den Weg des Lichts ver\u00e4ndert, als \u201eGravitationslinse\u201c bezeichnet wird.<\/span><\/p>\n

Losecco und seine Kollegen untersuchten Daten von 65 Pulsaren im Parkes Pulsar Timing Array. Sie fanden etwa zw\u00f6lf F\u00e4lle, die auf Ver\u00e4nderungen und Verz\u00f6gerungen in der Zeitmessung der Pulsare hindeuteten, die typischerweise auf Nanosekunden genau ist.<\/span><\/p>\n

Dies deutet darauf hin, dass die Radiowellen dieser toten stern\u00e4hnlichen kosmischen Leuchtfeuer durch einen gekr\u00fcmmten Raum reisen, der durch eine unsichtbare Massenkonzentration irgendwo zwischen Pulsar und Teleskop verursacht wird. Wissenschaftler spekulieren, dass es sich bei diesen unsichtbaren Massen um \u201eKlumpen\u201c dunkler Materie handeln k\u00f6nnte.<\/span><\/p>\n

\u201eWir nutzen die Tatsache, dass sich die Erde, die Sonne, der Pulsar und sogar die dunkle Materie bewegen\u201c, sagte Losecco. \u201eWir sehen Abweichungen in den Ankunftszeiten, die durch \u00c4nderungen der Entfernung zwischen der beobachteten Masse und der Sichtlinie zu unserem \u201aUhr\u2018-Pulsar verursacht werden.\u201c<\/span><\/p>\n

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\nDiese Abbildung zeigt einen schnell rotierenden Neutronenstern, der von einem blauen Magnetfeld umgeben ist, das Radiowellenstrahlen aussendet. NASA Goddard\/Walt Feimer<\/span><\/em><\/p>\n

Die vom Team beobachteten Abweichungen sind recht gering. Ein K\u00f6rper mit der Masse der Sonne w\u00fcrde beispielsweise eine Verz\u00f6gerung der Radiowellen des Pulsars von etwa zehn Mikrosekunden verursachen. Die vom Team beobachteten gesch\u00e4tzten Abweichungen in der Verz\u00f6gerung durch Dunkle Materie sind 10.000-mal kleiner.<\/span><\/p>\n

\u201eEine der Entdeckungen deutet auf eine Verzerrung der Sonnenmasse um etwa 20 Prozent hin\u201c, sagte Professor Losecco. \u201eDieses Objekt k\u00f6nnte ein Kandidat f\u00fcr Dunkle Materie sein.\u201c<\/span><\/p>\n

Ein Nebeneffekt der Forschung des Teams war die Verbesserung der Genauigkeit der Daten des Parkes Pulsar Timing Array, die gesammelt werden, um nach Hinweisen auf niederfrequente Gravitationsstrahlung zu suchen.<\/span><\/p>\n\n

Klumpen dunkler Materie k\u00f6nnen diese Daten st\u00f6ren oder \u201erauschen\u201c. Die Identifizierung und Beseitigung dieses Rauschens wird Wissenschaftlern helfen, den Datensatz besser f\u00fcr die Suche nach niederfrequenten St\u00f6rungen in der Raumzeit, sogenannten Gravitationswellen, zu nutzen. Dies k\u00f6nnte Gravitationsstrahlung von weiter entfernten und damit fr\u00fcheren Verschmelzungen Schwarzer L\u00f6cher und vielleicht sogar primordiale Gravitationswellen im Hintergrund enth\u00fcllen, die vom Urknall \u00fcbrig geblieben sind.<\/span><\/p>\n

\u201eDie wahre Natur der Dunklen Materie bleibt ein R\u00e4tsel\u201c, sagte Losecco. \u201eDiese Studie wirft neues Licht auf die Natur der Dunklen Materie und ihre Verteilung in der Milchstra\u00dfe und k\u00f6nnte die Genauigkeit der Pulsardaten verbessern.\u201c<\/span><\/p>\n

Die Wissenschaftler spekulieren, dass einige tote Sterne aus dem dichtesten Material im bekannten Universum, sogenannte \u201eNeutronensterne\u201c, als Fallen f\u00fcr Dunkle-Materie-Teilchen fungieren k\u00f6nnten, die mit hoher Geschwindigkeit kollidieren und sich gegenseitig vernichten. Der Vernichtungsprozess wiederum, so das Team, heizt die toten Sterne wahrscheinlich von innen auf.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Insgesamt ist Dunkle Materie f\u00fcr Forscher ein heikles Thema, denn obwohl sie etwa 85 % der Materie im Universum ausmacht, ist sie praktisch unsichtbar, da sie nicht mit Licht interagiert. Dunkle Materie scheint auch nicht mit \u201enormaler Materie\u201c aus Protonen, Neutronen und Elektronen zu interagieren, oder wenn doch, sind diese Wechselwirkungen selten und schwach. Wir haben sie nie beobachtet. Dies wirft eine interessante Frage auf: Interagiert Dunkle Materie mit sich selbst? Eine Studie von Bell und Kollegen aus dem Jahr 2024 ist im arXiv-Repository verf\u00fcgbar.<\/span><\/p>\n

Nicole Bell, theoretische Physikerin an der Universit\u00e4t Melbourne, interessiert sich f\u00fcr die Selbstinteraktionen dunkler Materie. Diese treten in gew\u00f6hnlicher Materie auf, wenn ein Elektron und sein Antiteilchen, ein Positron, aufeinandertreffen und sich vernichten, wobei Energie freigesetzt wird. Dunkle Materie ist elektrisch neutral, was bedeutet, dass jedes Teilchen, aus dem sie besteht, theoretisch seine eigenen Antiteilchen besitzen k\u00f6nnte.<\/span><\/p>\n

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\nDas James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, das in dieser k\u00fcnstlerischen Illustration zu sehen ist, kann W\u00e4rmestrahlung von Neutronensternen erkennen, was auf die Vernichtung dunkler Materie hindeutet. NASA GSFC\/CIL\/Adriana Manrique Gutierrez<\/span><\/em><\/p>\n

Und wie bei der gew\u00f6hnlichen Materievernichtung sollte es auch bei der Begegnung von Dunkle-Materie-Partikeln zur Vernichtung Dunkler Materie kommen, und Neutronensterne k\u00f6nnten die ideale extreme Umgebung f\u00fcr derartige Wechselwirkungen sein.<\/span><\/p>\n

Annihilation ist die Kollision von Teilchen und Antiteilchen und deren gegenseitige Zerst\u00f6rung. Dies w\u00fcrde passieren, wenn Dunkle Materie ihr eigenes Antiteilchen w\u00e4re, wie es in den am h\u00e4ufigsten untersuchten Modellen Dunkler Materie angenommen wird. Der Einfang und die Annihilation Dunkler Materie in Neutronensternen w\u00fcrden die W\u00e4rme liefern, die den Stern vor zu starker Abk\u00fchlung bewahren w\u00fcrde.<\/span><\/p>\n

Das bedeutet, dass Neutronensterne, wenn sie als \u201eDunkle-Materie-Fallen\u201c fungieren k\u00f6nnen, eine thermische Signatur aussenden k\u00f6nnten. L\u00e4sst sich diese nachweisen, k\u00f6nnten Neutronensterne als rudiment\u00e4re \u201eDunkle-Materie-Detektoren\u201c fungieren und Wissenschaftlern helfen, diese weitgehend unsichtbare Materieform zu verfolgen.<\/span><\/p>\n

Ein Neutronenstern entsteht, wenn einem Stern mit mindestens der achtfachen Sonnenmasse der Brennstoff f\u00fcr die Kernfusion in seinem Kern ausgeht. Damit endet die nach au\u00dfen gerichtete Kraft des Strahlungsdrucks, die den Stern Millionen, manchmal Milliarden von Jahren lang gegen die nach innen gerichtete Kraft seiner eigenen Schwerkraft gest\u00fctzt hat.<\/span><\/p>\n

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\nEin Querschnitt eines Neutronensterns voller exotischer Quarkmaterie. Aber k\u00f6nnten diese toten Sterne etwas noch Exotischeres verbergen? Jyrki Hokkanen\/CSC<\/span><\/em><\/p>\n

Infolgedessen kollabiert der Kern des Sterns und verursacht eine Supernova-Explosion. Diese Schockwelle rei\u00dft die \u00e4u\u00dferen Schichten des sterbenden Sterns sowie den gr\u00f6\u00dften Teil seiner Masse weg und hinterl\u00e4sst einen Sternkern mit einer Masse von ein- bis zwei Sonnenmassen, der auf eine Breite von etwa 20 Kilometern kollabiert.<\/span><\/p>\n

Das Zusammenpressen eines K\u00f6rpers, der mehr als einer halben Million Erden entspricht, in einen K\u00f6rper, der in Chicago passen w\u00fcrde, hat nat\u00fcrlich enorme Auswirkungen auf das Material im Kern des Sterns. Elektronen und Protonen werden zusammengesto\u00dfen und erzeugen ein Meer aus Neutronen \u2013 Teilchen, die normalerweise nur im Kern von Atomen vorkommen. Dieses Meer aus Neutronen, aus dem ein Neutronenstern besteht, ist so dicht, dass ein Essl\u00f6ffel davon, w\u00fcrde er auf die Erde fallen, mehr als eine Milliarde Tonnen wiegen w\u00fcrde. Das entspricht etwa dem Gewicht des Mount Everest.<\/span><\/p>\n

Neutronensterne bestehen somit aus der dichtesten Materie im bekannten Universum. Aus diesem Grund glauben Wissenschaftler, dass ihre Gravitationskraft stark genug sein k\u00f6nnte, um dunkle Materie festzuhalten, die zwar nicht mit Licht und Materie interagiert, aber sehr wohl mit der Schwerkraft.<\/span><\/p>\n

Bell erkl\u00e4rt, dass die Vernichtung dunkler Materie vermutlich h\u00e4ufig vorkam, als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum weniger als eine Sekunde alt war. Im modernen Universum hingegen sei sie selten. Die einzigen Ausnahmen seien Regionen mit gro\u00dfen Mengen dunkler Materie.<\/span><\/p>\n

Und wenn sich dunkle Materie tats\u00e4chlich in den Tiefen von Neutronensternen ansammeln kann, fanden Bell und seine Kollegen heraus, dass dies genau die richtige, an dunkler Materie reiche Umgebung bieten k\u00f6nnte, um ihre Vernichtung im alten Universum zu erm\u00f6glichen.<\/span><\/p>\n

\u201eLetztendlich k\u00f6nnte es in einem kleinen Bereich genug dunkle Materie geben, sodass in diesen Sternen eine signifikante Vernichtung dunkler Materie stattfinden kann\u201c, sagte Bell.<\/span><\/p>\n

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\nAbbildung eines Neutronensterns im Vergleich zur Insel Manhattan. NASA Goddard Space Flight Center<\/span><\/em><\/p>\n

Bell f\u00fcgte hinzu, dass Wissenschaftler bei Experimenten zur Dunklen Materie in Laboren auf der Erde nach Signalen von Dunkle-Materie-Partikeln suchen, die mit normaler Materie interagieren, Neutronensterne in dieser Hinsicht jedoch einen nat\u00fcrlichen Vorteil haben.<\/span><\/p>\n

Im Labor suchen wir nach Dunkle-Materie-Teilchen, die mit Atomkernen kollidieren. Doch wenn das m\u00f6glich ist, dann sollte Dunkle Materie auch mit Neutronen und Protonen in Neutronensternen kollidieren k\u00f6nnen. Und Neutronensterne haben viele Neutronen.<\/span><\/p>\n

Bei der Untersuchung von Neutronensternen und dunkler Materie k\u00f6nnte die enorme Schwerkraft von Neutronensternen eine weitere Bedingung schaffen, die die Selbstwechselwirkung von Dunkle-Materie-Partikeln im Inneren dieser toten Sterne noch wahrscheinlicher macht.<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie wird beim Einfall in einen Neutronenstern auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Dies ist n\u00fctzlich, da es die Geschwindigkeit der Wechselwirkungen erh\u00f6hen kann. Dies erm\u00f6glicht uns m\u00f6glicherweise die Untersuchung bestimmter Arten von Wechselwirkungen mit dunkler Materie, die in Experimenten auf der Erde kaum zu beobachten sind.<\/span><\/p>\n

Bei der Vernichtung dunkler Materie wird thermische Energie in diesen Fallen toter Sterne freigesetzt. Daher untersuchte das Team auch, wie lange es dauert, bis die Neutronensterne und die darin gefangene dunkle Materie einen Zustand erreichen, der als \u201ethermisches Gleichgewicht\u201c bezeichnet wird. Dies ist der Punkt, an dem die beiden Substanzen die gleiche Temperatur erreichen und keine weitere W\u00e4rme zwischen ihnen \u00fcbertragen werden kann.<\/span><\/p>\n

Diese Studie zeigte, dass ein mit dunkler Materie gef\u00fcllter Neutronenstern je nach verwendetem Modell bereits nach 10.000 Jahren oder sogar nach nur einem Jahr ein thermisches Gleichgewicht erreichen k\u00f6nnte. Kosmisch betrachtet ist das nur ein Wimpernschlag.<\/span><\/p>\n

Um diese Theorie zu best\u00e4tigen, m\u00fcssen Forscher die Temperatur von Neutronensternen messen. W\u00fcrden diese extrem toten Sterne hei\u00dfer als erwartet sein, w\u00e4re dies ein Beleg daf\u00fcr, dass sich in ihren Kernen tats\u00e4chlich Dunkle-Materie-Teilchen vernichten. Eine solche Entdeckung w\u00e4re jedoch nicht einfach, da nur \u00e4ltere, k\u00fchlere Neutronensterne W\u00e4rmestrahlung abgeben, die nicht durch andere Strahlung unterdr\u00fcckt wird. Daf\u00fcr w\u00e4re das leistungsst\u00e4rkste Beobachtungsinstrument erforderlich, das die Menschheit je ins All geschickt hat: das James-Webb-Weltraumteleskop.<\/span><\/p>\n

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\n(Links) K\u00fcnstlerische Darstellung der Verteilung der Dunklen Materie in einem Neutronenstern (rechts). NASA Goddard Space Flight Center\/VOLKER SPRINGEL, MAX-PLANCK-INSTITUT F\u00dcR ASTROPHYSIK<\/span><\/em><\/p>\n

Die Neutronensterne, die uns am meisten interessieren, sind sehr kalt und schwer zu erkennen. \u201eDie Temperatur dieser Sterne erzeugt Strahlung im nahen Infrarot, die m\u00f6glicherweise vom James Webb Space Telescope (JWST) beobachtet werden k\u00f6nnte.\u201c<\/span><\/p>\n

Das mangelnde Verst\u00e4ndnis der Natur von Neutronensternen k\u00f6nnte bedeuten, dass dieses Modell der dunklen Vernichtung leichter an der Art von Stern\u00fcberresten getestet werden k\u00f6nnte, die nach dem Tod kleinerer Sterne wie der Sonne \u00fcbrig bleiben: Wei\u00dfe Zwerge.<\/span><\/p>\n

Neutronensterne w\u00e4ren aufgrund ihrer extremen Dichte gut geeignet, dunkle Materie einzufangen. Allerdings sind sie auch relativ wenig erforscht. \u201e\u00c4hnliche Ideen k\u00f6nnten auch auf andere Sterne zutreffen, die wir besser verstehen, wie etwa Wei\u00dfe Zwerge.\u201c<\/span><\/p>\n

Wenn die Theorie stimmt, wird sie nicht nur Licht auf die dunkle Materie werfen, sondern den Wissenschaftlern auch helfen, die Entwicklung von Neutronensternen besser zu verstehen.<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie kann von Sternen eingefangen werden und sich in deren Innerem ansammeln. In diesem Fall kann sie auch mit sich selbst interagieren und sich vernichten, wobei Energie freigesetzt wird, die den Stern aufheizt.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

\u201eDunkle Zwerge\u201c klingen vielleicht wie der Name einer neuen Rasse von Sauron verehrenden Mittelerde-Bewohnern, doch tats\u00e4chlich handelt es sich um einen neuen Typ von Sternenk\u00f6rpern, die vermutlich im Zentrum von Galaxien existieren. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden 2025 im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) ver\u00f6ffentlicht.<\/span><\/p>\n

Das Pr\u00e4fix \u201edunkel\u201c bezieht sich hier nicht auf den Dunklen Lord, sondern auf die Dunkle Materie, eine mysteri\u00f6se Substanz, die 85 % der Materie im Universum ausmacht. Diese Form der Materie bleibt praktisch unsichtbar, da sie nicht mit Licht, wohl aber mit der Schwerkraft interagiert.<\/span><\/p>\n

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Braune Zwerge, auch \u201egescheiterte Sterne\u201c genannt, als Gravitationsfallen f\u00fcr Dunkle Materie fungieren und diese exotische Materie miteinander interagieren lassen. Dadurch wird Energie freigesetzt, die diese gescheiterten Sterne aufheizt und sie von Braunen Zwergen in Dunkle Sterne verwandelt. Und je mehr Dunkle Materie diese Dunklen Zwerge ansammeln, desto mehr Energie geben diese Sterne auf ihrer dunklen Seite ab.<\/span><\/p>\n

Wenn diese Annahme zutrifft und dunkle Zwerge tats\u00e4chlich das Zentrum der Milchstra\u00dfe und anderer Galaxien bewohnen, in denen dunkle Materie am h\u00e4ufigsten vorkommt, gibt dies den Wissenschaftlern einen deutlichen Hinweis darauf, aus welchen hypothetischen, noch unentdeckten Teilchen diese mysteri\u00f6se Form von Materie bestehen k\u00f6nnte.<\/span><\/p>\n

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\nIllustration zweier Brauner Zwerge vor dem Hintergrund der Perseus-Molek\u00fclwolke. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Dies liegt daran, dass nur bestimmte Dunkle-Materie-Teilchen miteinander interagieren und sich \u201eselbst zerst\u00f6ren\u201c, wobei Energie freigesetzt wird. Das vielleicht auff\u00e4lligste Beispiel f\u00fcr solche selbstinteragierenden Teilchen sind schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs).<\/span><\/p>\n

\u201eDunkle Materie interagiert mit der Gravitation, sodass sie von Sternen eingefangen werden und sich in ihnen ansammeln kann\u201c, sagte Teammitglied Jeremy Sackstein von der Universit\u00e4t von Hawaii. \u201eWenn das passiert, kann sie auch mit sich selbst interagieren und sich vernichten, wodurch Energie freigesetzt wird, die den Stern aufheizt.\u201c<\/span><\/p>\n

Braune Zwerge haben sich den ungl\u00fccklichen Spitznamen \u201egescheiterte Sterne\u201c verdient, weil sie zwar wie Sterne aus einer Wolke aus kollabierendem Gas und Staub entstehen, es ihnen jedoch nicht gelingt, gen\u00fcgend Masse anzusammeln, um die Fusionsreaktion zwischen Wasserstoff und Helium in ihrem Kern auszul\u00f6sen.<\/span><\/p>\n

Dieser Prozess versorgt Hauptreihensterne wie die Sonne mit Energie. Braune Zwerge leuchten schwach, weil in ihrem Inneren Kernfusion stattfindet und sie unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren. Doch im Zentrum von Galaxien k\u00f6nnten diese gescheiterten Sterne eine alternative Energiequelle haben.<\/span><\/p>\n

\u201eDunkle Zwerge sind Objekte mit sehr geringer Masse, etwa acht Prozent der Sonnenmasse\u201c, erkl\u00e4rte Sackstein. \u201eDiese Objekte sammeln dunkle Materie, die ihnen hilft, zu dunklen Zwergen zu werden.\u201c<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie interagiert gravitativ, jedoch nicht mit anderer Materie, sodass sie ohne gro\u00dfen Widerstand in die Zentren von Galaxien fallen kann. Das bedeutet, dass die Zentren von Galaxien reich an dunkler Materie sind und daher die wahrscheinlichsten Orte f\u00fcr die Ansiedlung von Dunklen Zwergen darstellen.<\/span><\/p>\n

\u201eJe mehr dunkle Materie vorhanden ist, desto mehr davon kann man einfangen\u201c, sagte Sackstein. \u201eUnd je mehr dunkle Materie sich im Inneren eines Sterns befindet, desto mehr Energie wird bei seiner Vernichtung freigesetzt.\u201c<\/span><\/p>\n

Dunkle Materie kann Dunkle Zwerge nur durch Wechselwirkungen mit sich selbst mit Energie versorgen. Auch wenn diese Wechselwirkungen selten oder \u201eschwach\u201c sind (was erkl\u00e4rt, warum wir sie bisher nicht entdeckt haben), k\u00f6nnten sie dort, wo Dunkle Materie durch Gravitation komprimiert wird, wie im Kern eines Braunen Zwergs, h\u00e4ufig auftreten.<\/span><\/p>\n

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\nIllustration von dunkler Materie, die einen \u201edunklen Zwergstern\u201c verschlingt. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Die Existenz Dunkler Zwerge k\u00f6nnte daher Kandidaten f\u00fcr nicht wechselwirkende Dunkle Materie sowie zu leichte Teilchen ausschlie\u00dfen. Dazu k\u00f6nnten auch die derzeit f\u00fchrenden Kandidaten f\u00fcr Dunkle Materie geh\u00f6ren: Axionen.<\/span><\/p>\n

\u201eDamit Dunkle Zwerge existieren k\u00f6nnen, muss Dunkle Materie aus WIMPs bestehen, also aus schweren Teilchen, die so stark miteinander interagieren, dass sie sichtbare Materie erzeugen\u201c, sagte Sackstein.<\/span><\/p>\n

Nat\u00fcrlich w\u00e4re all dies reine Spekulation, wenn das Team keine M\u00f6glichkeit f\u00e4nde, dunkle Zwerge zu erkennen und sie von braunen Zwergen, die keine dunkle Materie verwenden, oder gew\u00f6hnlichen Sternen zu unterscheiden.<\/span><\/p>\n

Forscher schlagen einen bestimmten chemischen Marker vor, der ein verr\u00e4terisches Zeichen f\u00fcr dunkle Zwerge sein k\u00f6nnte: das Isotop Lithium-7, das leicht verbrennt und daher schnell von normalen Sternen absorbiert wird.<\/span><\/p>\n

\u201eEs gab mehrere Marker, aber wir schlugen Lithium-7 vor, weil es ein wirklich einzigartiger Effekt w\u00e4re\u201c, sagte Sackstein. \u201eWenn man also ein Objekt findet, das wie ein Dunkler Zwerg aussieht, k\u00f6nnte man nach diesem Lithium suchen, denn bei einem Braunen Zwerg oder so etwas w\u00e4re es nicht vorhanden.\u201c<\/span><\/p>\n

Das Team ist davon \u00fcberzeugt, dass leistungsstarke Teleskope wie das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA bereits in der Lage sind, k\u00fchle, lichtschwache dunkle Zwerge zu erkennen.<\/span><\/p>\n

Sackstein argumentiert, dass die Entdeckung eines Dunklen Zwergs im Zentrum der Milchstra\u00dfe ein \u201eziemlich \u00fcberzeugender\u201c Beweis daf\u00fcr w\u00e4re, dass es sich bei WIMPs um Dunkle-Materie-Teilchen handelt.<\/span><\/p>\n\n

\u201eIch glaube nicht, dass wir mit leichten Dunkle-Materie-Kandidaten wie dem Axion so etwas wie einen Dunklen Zwerg bekommen werden. Sie sammeln sich nicht im Inneren von Sternen an\u201c, sagte der Forscher. \u201eWenn wir einen Dunklen Zwerg finden, w\u00e4re das ein starker Beweis daf\u00fcr, dass Dunkle Materie schwer ist und stark mit sich selbst interagiert, aber nur schwach mit \u201anormaler\u2018 Materie. Dazu geh\u00f6ren die WIMP-Klassen, aber auch einige andere, exotischere Modelle.\u201c<\/span><\/p>\n

\u201eDie Beobachtung eines Dunklen Zwergs l\u00e4sst uns nicht den endg\u00fcltigen Schluss zu, dass Dunkle Materie ein WIMP ist, aber es w\u00fcrde bedeuten, dass es sich entweder um ein WIMP handelt oder um etwas, das sich in jeder Hinsicht wie ein WIMP verh\u00e4lt.\u201c<\/span><\/p>\n

Gibt es Wechselwirkungen zwischen Dunkler Materie und sich selbst? Die Antwort k\u00f6nnte in riesigen Galaxienhaufen liegen, die kollidieren.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Dunkle Materie ist bekannterma\u00dfen asozial: Sie weigert sich, mit Licht und \u201enormaler\u201c Materie zu interagieren, was sie praktisch unsichtbar macht. Wissenschaftler sind sich jedoch nicht sicher, ob Dunkle Materie mit sich selbst interagiert.<\/span><\/p>\n

Wenn die Teilchen der Dunklen Materie miteinander interagieren, kollidieren und sich m\u00f6glicherweise sogar gegenseitig zerst\u00f6ren, deutet eine neue Studie darauf hin, dass Galaxienhaufen als nat\u00fcrliche Kollider f\u00fcr Dunkle Materie genutzt werden k\u00f6nnten. Diese Methode zum Nachweis Dunkler Materie w\u00fcrde auf der Begegnung und Kollision zweier riesiger Galaxiengruppen beruhen.<\/span><\/p>\n

Da diese Galaxienhaufen mit dunkler Materie gef\u00fcllt sind, k\u00f6nnten Astronomen diese Orte kosmischer Kollisionen untersuchen, um m\u00f6gliche Anzeichen f\u00fcr die Wechselwirkung dunkler Materie mit sich selbst zu erkennen. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im April 2024 in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ver\u00f6ffentlicht.<\/span><\/p>\n

\u201eAuch Galaxienhaufen werden von dunkler Materie dominiert\u201c, sagte Jacqueline McCleary, Assistenzprofessorin f\u00fcr Physik an der Northeastern University. \u201e80 bis 90 Prozent ihrer Masse besteht aus dunkler Materie, und je massereicher das Objekt, desto schneller bewegen sich die Dunkle-Materie-Teilchen, aus denen es besteht. Im Wesentlichen untersuchen wir Kollisionen bei sehr hohen Energien.\u201c<\/span><\/p>\n

Dieser Mangel an Wechselwirkungen ist einer der Gr\u00fcnde, warum Dunkle Materie so schwer zu verstehen ist. Obwohl sie mehr als 80 % des materiellen Universums ausmacht und eine Gravitationskraft aus\u00fcbt, die Galaxien buchst\u00e4blich davon abh\u00e4lt, auseinanderzufliegen, ist Dunkle Materie praktisch unsichtbar, da sie nicht mit Licht interagiert. Ebenso schl\u00fcpfen Dunkle-Materie-Partikel wie kosmische Geister durch Materiepartikel.<\/span><\/p>\n

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\nDie Abbildung zeigt eine Galaxie, die in ein kosmisches Netz aus unsichtbarer dunkler Materie verstrickt ist. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Diese antisozialen Eigenschaften f\u00fchrten zu der Erkenntnis, dass Dunkle Materie nicht aus Atomen bestehen kann, die aus Elektronen, Protonen und Neutronen bestehen, die mit Licht und untereinander interagieren. Dies war der Beginn der Suche nach geeigneten Kandidatenteilchen f\u00fcr Dunkle Materie.<\/span><\/p>\n

\u201eAlles im Universum besteht aus Teilchen, Wellen und Feldern. Daher ist die Grundannahme, dass dunkle Materie ein Teilchen sein muss\u201c, sagte McCleary. \u201eDie Frage ist, um welche Art von Teilchen es sich handelt, denn der Begriff \u201aTeilchen\u2018 ist sehr vage.\u201c<\/span><\/p>\n

Die Kandidaten f\u00fcr diese Teilchen reichen von hypothetischen \u201eschwach wechselwirkenden massiven Teilchen\u201c (WIMPS) \u00fcber \u201emassive kompakte Halo-Objekte\u201c (MACHOs) bis hin zu winzigen, nahezu masselosen Teilchen, die als Axionen oder sterile Neutrinos bezeichnet werden. Sogar winzige Schwarze L\u00f6cher, die vom Urknall \u00fcbrig geblieben sind, sogenannte primordiale Schwarze L\u00f6cher, gelten als Kandidaten f\u00fcr Dunkle Materie.<\/span><\/p>\n

Das Problem besteht darin, dass alle diese Verd\u00e4chtigen nicht nachweisbar sind und daher frustrierend hypothetisch bleiben.<\/span><\/p>\n

Aufgrund der Phantomnatur der Dunklen Materie k\u00f6nnen wir Dunkle-Materie-Partikel nicht einfach in einen Teilchenbeschleuniger auf der Erde laden, beispielsweise in den Large Hadron Collider (LHC), um sie miteinander zu verschmelzen und ihre Zusammensetzung zu bestimmen.<\/span><\/p>\n

W\u00e4hrend der LHC durch die Spaltung von Protonen und die Beobachtung der daraus resultierenden Teilchenstr\u00f6me einige Geheimnisse des sogenannten \u201eStandardmodells der Teilchenphysik\u201c entschl\u00fcsselt hat, scheint die dunkle Materie, die sich jenseits dieses Modells befindet, au\u00dferhalb der Reichweite des leistungsst\u00e4rksten Teilchenbeschleunigers der Welt zu liegen.<\/span><\/p>\n

Die einzige M\u00f6glichkeit, tats\u00e4chlich auf die Existenz dunkler Materie zu schlie\u00dfen, besteht darin, die eine Wechselwirkung zu betrachten, an der sie beteiligt zu sein scheint. Dunkle Materie hat Masse und kr\u00fcmmt daher die Raumzeit (die vierdimensionale Vereinigung von Zeit und Raum), was ihr einen gravitativen Einfluss verleiht.<\/span><\/p>\n

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\nEin Blick auf den Galaxienhaufen Abell 1689 mit violetten Galaxien und hellen Sternen, die riesige Mengen dunkler Materie offenbaren. NASA<\/span><\/em><\/p>\n

Dieser Einfluss kann die Bewegung von gew\u00f6hnlicher Materie und Licht steuern und wir k\u00f6nnen ihn erkennen. Durch diesen indirekten Ansatz wissen wir, dass Galaxien von riesigen Halos aus dunkler Materie umgeben sind und dass dunkle Materie auch in gro\u00dfen Mengen in der N\u00e4he der Kerne von Galaxien vorhanden ist.<\/span><\/p>\n

Wissenschaftler vermuten au\u00dferdem, dass die Gruppierung von Galaxien in riesigen Haufen auf m\u00e4chtige Str\u00e4nge unsichtbarer dunkler Materie zur\u00fcckzuf\u00fchren ist, die sich wie ein unsichtbares Netz einer kosmischen Spinne durch das Universum ziehen. Dieses kosmische Netz tr\u00e4gt auch dazu bei, dass einzelne Galaxien an Masse zulegen und wachsen, da seine Gravitationskraft auf gew\u00f6hnliche Materie wirkt.<\/span><\/p>\n

McCleary und seine Kollegen haben vorgeschlagen, den k\u00fcnstlichen Teilchenbeschleuniger zugunsten eines nat\u00fcrlichen aufzugeben. Sie argumentieren, dass es bei einer Kollision von Galaxienhaufen und der darin enthaltenen Dunklen Materie mit ausreichender Kraft zu nachweisbaren Wechselwirkungen zwischen Dunkler Materie kommen k\u00f6nnte \u2013 sofern Dunkle Materie tats\u00e4chlich mit sich selbst wechselwirkt.<\/span><\/p>\n

Diese Wechselwirkungen k\u00f6nnen einfach sein, wie etwa das Zusammensto\u00dfen und Abprallen von Dunkle-Materie-Teilchen, oder sie k\u00f6nnen zur gegenseitigen Vernichtung und Freisetzung von Energie f\u00fchren. Treffen Teilchen und Antiteilchen aufeinander, wie etwa ein Elektron und sein Antiteilchen, das Positron, vernichten sie sich gegenseitig und setzen dabei die in ihnen enthaltene Energie frei. Einige Modelle der Dunklen Materie gehen davon aus, dass es sich bei ihr um ihr eigenes Antiteilchen handelt. Eine Form der Wechselwirkung k\u00f6nnte also die Selbstvernichtung sein, die auftritt, wenn zwei Dunkle-Materie-Teilchen aufeinandertreffen.<\/span><\/p>\n

Um diese Idee zu testen, erstellte das Team Simulationen von Galaxienhaufenkollisionen auf Computern, die leistungsstark genug waren, um die Kollisionen bis hin zu den Teilchenwechselwirkungen zu untersuchen. Dazu mussten die Simulationen mithilfe physikalischer Modelle der Wechselwirkung von Sternen, Gas und dunkler Materie programmiert werden.<\/span><\/p>\n

Mithilfe dieser und \u00e4hnlicher Simulationen k\u00f6nnen Wissenschaftler einen Plan f\u00fcr die Beobachtung realer Dunkle-Materie-Kollisionen erstellen. Daraus k\u00f6nnen Forscher Hinweise gewinnen, die ihnen helfen, einige der grundlegenden Eigenschaften eines hypothetischen Dunkle-Materie-Teilchens zu bestimmen. Dies k\u00f6nnte den Kreis m\u00f6glicher Dunkle-Materie-Teilchen eingrenzen.<\/span><\/p>\n

\u201eWenn man eine gewisse Selbstinteraktion messen oder eine Obergrenze daf\u00fcr festlegen kann, schlie\u00dft man Teilchenklassen aus, die dunkle Materie sein k\u00f6nnten, oder l\u00e4sst sie zu\u201c, sagte McCleary. \u201eWenn man eine gewisse Selbstinteraktion misst, f\u00fchrt man eine andere Teilchenklasse ein. Man l\u00e4sst eine andere Klasse von Theorien zu.\u201c<\/span><\/p>\n

\u201eDieses Papier legt au\u00dferdem nahe, dass man, wenn man beispielsweise 100 verschmelzende Galaxienhaufen untersucht, die M\u00f6glichkeit hat, die Selbstinteraktion der Dunklen Materie bis zu einem bestimmten Schwellenwert zu messen.\u201c<\/span><\/p>\n

\u201eAuf den ersten Blick erscheint es kontraintuitiv, denn wir wollen immer eine positive Antwort: Was ist es?\u201c, schloss McCleary. \u201eAber in diesem Fall sind wir gezwungen zu fragen: Was ist es nicht? Es ist ein Ausschlussverfahren.\u201c<\/span><\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Die extremen Bedingungen in Neutronensternen machen sie zu idealen Laboren f\u00fcr die Erforschung der Physik unter Bedingungen, die nirgendwo sonst im Universum zu finden sind. Wissenschaftler vermuten zudem, dass einige tote Sterne aus dem dichtesten Material im bekannten Universum, sogenannte Neutronensterne, als Fallen f\u00fcr Dunkle-Materie-Teilchen fungieren k\u00f6nnten, die bei hoher Geschwindigkeit kollidieren und sich gegenseitig vernichten. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Braune Zwerge, auch als gescheiterte Sterne bekannt, als Gravitationsfallen f\u00fcr Dunkle Materie fungieren und dieses exotische Material zur Wechselwirkung zwingen k\u00f6nnten.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1921,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[40,538],"tags":[888,887,306,886,889],"class_list":{"0":"post-1920","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-kosmos","8":"category-weltraum","9":"tag-axionen","10":"tag-braune-zwerge","11":"tag-dunkle-materie","12":"tag-neutronensterne","13":"tag-wimp"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1920","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1920"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1920\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1922,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1920\/revisions\/1922"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1921"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1920"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1920"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1920"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}