Entdeckung eines „Dunklen Zwergs“ könnte Tür zur Entschlüsselung des Rätsels um die dunkle Materie öffnen

DNVN – Eine neu veröffentlichte Studie zeigt, dass mysteriöse „Dunkle Zwerge“ wichtige Hinweise liefern und zur Aufklärung der wahren Natur der Dunklen Materie beitragen können – eines der größten Mysterien der modernen Kosmologie.

Ein neuer Typ von Sternenobjekten, sogenannte Dunkle Zwerge, könnte im Zentrum unserer Galaxie lauern. Diese lichtschwachen, massearmen Sterne werden möglicherweise nicht durch Kernfusion, sondern durch die Vernichtung dunkler Materieteilchen angetrieben und könnten damit eines der größten Rätsel des Universums enthüllen. (Künstlerische Darstellung). Quelle: SciTechDaily.

In der Fachzeitschrift „Journal of Cosmology and Astronuclear Physics“ stellte das Forscherteam aus Großbritannien und Hawaii das Konzept der Dunklen Zwerge vor und beschrieb, wie Menschen diese mithilfe vorhandener Instrumente, darunter dem James-Webb-Weltraumteleskop, entdecken können. Der Name „Dunkle Zwerge“ rührt nicht daher, dass sie von Natur aus dunkel sind, sondern von ihrer engen Verbindung zur Dunklen Materie – einer Materie, die bis heute im Zentrum der Astrophysik und Kosmologie steht.

„Wir gehen davon aus, dass 25 Prozent des Universums aus Materie bestehen, die kein Licht aussendet und daher für das bloße Auge und Teleskope unsichtbar ist. Wir können sie nur durch ihre Gravitationswirkung erkennen. Deshalb nennen wir sie dunkle Materie“, erklärt der Co-Autor der Studie, Professor Jeremy Sakstein von der Universität Hawaii.

Obwohl die Existenz dunkler Materie bestätigt ist und Wissenschaftler ihr Verhalten beobachtet haben, bleibt ihre wahre Natur ein Rätsel. In den letzten 50 Jahren wurden viele Hypothesen aufgestellt, doch keine davon wurde durch aussagekräftige experimentelle Daten gestützt. Forschungen wie diese zielen darauf ab, praktische Methoden zu entwickeln, um einer endgültigen Antwort näher zu kommen.

Zu den vielversprechendsten Kandidaten für Dunkle Materie zählen schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) – extrem massereiche Teilchen, die nur sehr schwach mit gewöhnlicher Materie wechselwirken. Sie durchdringen nahezu unbemerkt alles, senden kein Licht aus, werden nicht von elektromagnetischen Kräften beeinflusst, reflektieren daher kein Licht und bleiben unsichtbar. WIMPs können nur indirekt über ihren Gravitationseinfluss nachgewiesen werden. Dies ist auch die Art von Dunkler Materie, die für die Existenz Dunkler Zwerge notwendig ist.

Illustration eines schwarzen Zwergs. Quelle: Bild erstellt von Mitarbeitern des Sissa Medialab mit Adobe Illustrator

„Dunkle Materie kann gravitativ interagieren, sodass sie von Sternen eingefangen wird und sich in deren Innerem ansammelt. Wenn das passiert, kann sie mit sich selbst interagieren und sich selbst vernichten, wobei Energie freigesetzt wird, die den Stern aufheizt“, erklärt Sakstein.

Normale Sterne, wie die Sonne, leuchten durch Kernfusion in ihrem Inneren. Dabei ist ihre Masse so groß, dass die Schwerkraft die Materie so weit komprimiert, dass Reaktionen zwischen Atomkernen ausgelöst werden. Dabei werden enorme Energiemengen freigesetzt, die wir als Licht wahrnehmen. Dunkle Zwerge hingegen leuchten ebenfalls, allerdings nicht durch Kernfusion.

„Dunkle Zwerge sind sehr klein, nur etwa acht Prozent der Sonnenmasse“, sagte Sakstein. Solche geringen Massen reichen nicht aus, um thermonukleare Reaktionen auszulösen. Daher strahlen diese Objekte, obwohl sie im Universum häufig vorkommen, aufgrund der Energie, die durch ihren kleinen Gravitationskollaps entsteht, meist nur ein schwaches Leuchten aus und werden Braune Zwerge genannt.

In Regionen, die reich an dunkler Materie sind, wie etwa im Zentrum der Milchstraße, können sich Braune Zwerge jedoch in andere Formen verwandeln. „Diese Objekte sammeln dunkle Materie an und werden so zu dunklen Zwergen“, bemerkt Sakstein. „Je mehr dunkle Materie sie umgibt, desto mehr dunkle Materie sammeln sie an. Und je mehr dunkle Materie sie ansammeln, desto mehr Energie können sie aus ihrer Vernichtung gewinnen.“

Doch all diese Theorien gelten nur für eine bestimmte Art von Dunkler Materie. „Damit Dunkle Zwerge existieren können, muss Dunkle Materie aus WIMPs bestehen, also aus massereichen Teilchen, die miteinander interagieren und sichtbare Materie erzeugen können“, sagte Sakstein. Andere Theorien, wie Axionen, sterile Neutrinos oder schwache ultraleichte Teilchen, sind zu leicht, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Nur massereiche Teilchen, die miteinander interagieren und sich selbst in sichtbare Energie zerlegen können, würden genug Energie liefern, um Dunkle Zwerge anzutreiben.

Damit diese Hypothese gültig ist, bedarf es jedoch einer speziellen Methode zur Identifizierung Dunkler Zwerge. Sakstein und seine Kollegen schlagen daher eine Signatur vor: Lithium-7. Dieses Element verbrennt in normalen Sternen sehr schnell und verschwindet rasch. „Wenn man ein Objekt findet, das wie ein Dunkler Zwerg aussieht, kann man nach Spuren von Lithium-7 suchen. Ist es noch vorhanden, kann es kein Brauner Zwerg oder ähnliches sein“, erklärt Sakstein.

Moderne Instrumente wie das James-Webb-Weltraumteleskop sollen bereits extrem kalte Objekte wie Dunkle Zwerge aufspüren können. Sakstein schlägt jedoch einen anderen Ansatz vor: „Eine andere Möglichkeit besteht darin, die gesamte Population zu betrachten und dann statistisch zu prüfen, ob eine zusätzliche Population Dunkler Zwerge hinzugefügt werden sollte, um sie besser zu charakterisieren.“

Wenn Wissenschaftler in den kommenden Jahren einen oder mehrere Dunkle Zwerge identifizieren, würde das ausreichen, um die Hypothese zu stützen, dass Dunkle Materie aus WIMPs besteht? „Ziemlich stark“, sagt Sakstein. „Bei leichten Kandidaten für Dunkle Materie wie Axionen glaube ich nicht, dass wir etwas finden werden, das wie ein Dunkler Zwerg aussieht. Sie sammeln sich nicht im Inneren von Sternen an. Sollten wir Dunkle Zwerge finden, wäre das ein starker Beweis dafür, dass Dunkle Materie massiv ist und stark mit sich selbst, aber nur schwach mit dem Standardmodell interagiert. Dazu gehören WIMPs und einige exotische Modelle.“

Er merkte jedoch auch an, dass die Entdeckung dunkler Zwerge nicht unbedingt bedeutet, dass dunkle Materie ein WIMP ist, es sich aber um ein WIMP oder eine andere Form von Materie handeln könnte, die sich ähnlich wie ein WIMP verhält.

Sollte sich diese Hypothese bestätigen, würde dies neue Forschungsrichtungen eröffnen und möglicherweise Licht auf eines der größten Mysterien des Universums werfen.

La Khe (Laut SciTech Daily)

Quelle: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203