Auf Kollisionskurs: Dunkle-Materie-Hurrikan soll auf Erde treffen

Es ist ein Hurrikan der anderen Art, der nach Ansicht einiger Astronomen auf die Erde zu fegt. Er besteht nicht aus normalen Atomen und Molekülen, sondern aus Dunkler Materie, die aus noch unbekannten Partikeln besteht.

Ausläufer des kosmischen Sturms haben die Erde vermutlich bereits erreicht. „Aber keine Sorge – er bringt uns definitiv nicht um“, schreibt dazu das Onlinemagazin „LiveScience“. „Es ist hauptsächlich ein Klumpen aus normaler Dunkler Materie, der aber viel Aufsehen erregt. Er fliegt wirklich (mehr oder weniger) direkt in unsere Richtung.“  

Entdeckt wurde der vorgebliche Sturmwirbel bereits 2017. Damals fanden Astronomen mehrere langgezogene Sternströme, die durch die Milchstraße ziehen. Sie sind die Überreste von Zwerggalaxien, die unsere Heimatgalaxis vor rund neun Milliarden Jahren verschlang. Mit ihrer Schwerkraft zog sie die nur einige Millionen bis wenige Milliarden Sonnenmassen schweren Sterneninseln auseinander.

Sternstrom hat vermutlich bereits unsere Sonne erfasst

Den unserem Sonnensystem am nächsten gelegenen Sternstrom nannten die Entdecker S1. Er enthält rund 30.000 Sterne und rast mit 500 Kilometern pro Sekunde auf die Erde zu. Einige Beobachtungen deuten darauf hin, dass die ersten seiner Sterne unsere Sonne bereits überholt haben, die somit innerhalb des Stroms liegt.  

In einer neuen Studie, die im Fachjournal „Physical Review D“ erschien, diskutieren Forscher um den Astrophysiker Ciaran O’Hare von der spanischen Universität Saragossa nun die Möglichkeit, dass S1 eine große Menge Dunkler Materie mitführt, die von dessen ursprünglicher Galaxie stammt. Diesen unsichtbaren Malstrom nannten sie werbewirksam „Dunkle-Materie-Hurrikan“. 

Großer Teil der Dunklen Materie ist in S1 noch präsent

Das Problem bei dieser Forschungsarbeit ist, dass der mit S1 verbundene Klumpen aus Dunkler Materie nicht direkt beobachtet werden kann. Deshalb rekonstruierten O’Hare und seine Kollegen seine Bewegung, aber auch die Größe und Masse der ursprünglichen Zwerggalaxie, anhand von Computersimulationen.

Wie sich zeigte, wiesen deren Sterne samt der Dunklen Materie ungefähr zehn Milliarden Sonnenmassen auf. Damit gleicht sie der Fornax-Zwerggalaxie, die zu den Satellitengalaxien der Milchstraße zählt. In ihrem Überrest S1 ist ein großer Teil der Dunklen Materie, die in der kleinen Sterneninsel einst vorhanden war, noch immer präsent. 

WIMP und Axion: Forscher tappen in der Welt der Finsternis noch völlig im Dunkeln

Das bedeutet, dass demnächst ein schneller „Wind” aus dunkler Materie durch unser Sonnensystem weht. Wir werden davon jedoch nichts bemerken, denn deren Teilchen wirken nicht auf die normale Materie ein. Allerdings wird sich die Dichte der mysteriösen Substanz in unserer Umgebung kurzfristig erhöhen. Dies eröffne die Möglichkeit, endlich herauszufinden, woraus sie besteht, hoffen die Studienautoren.

Wie entdeckt man unsichtbare Teilchen?

Favoriten der Physiker sind die „Weakly Interacting Massive Particles“, kurz WIMPs. Sie treten mit normaler Materie allenfalls extrem schwach in Wechselwirkung und reagieren nur auf die Gravitation, aber nicht auf die anderen drei Naturkräfte.

Deshalb kann ein WIMP Licht weder absorbieren noch aussenden, es ist also unsichtbar. „Wir nehmen an, dass etwa Hunderttausend Dunkle-Materie-Partikel pro Sekunde die Fläche eines Daumennagels durchströmen", erklärt Manfred Lindner, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. „Die Wahrscheinlichkeit, dass sie mit den Atomen in unserem Detektor wechselwirken, muss aber äußerst gering sein – sonst hätten wir sie schon gefunden.“

Eine Alternativen ist ein Partikel namens Axion, das einige Theorien vorhersagen. Es ist deutlich leichter als das WIMP, das theoretische ein Gewicht von 10 bis 1000 Wasserstoffkernen erreicht. Axionen sind mindestens um das Tausendfache leichter, manche Modelle bringen sogar millionenfach masseärmere Partikel hervor.

Suche nach Axionen mit neuen Detektoren

Demnächst wird aber eine neue Generation von Detektoren in Betrieb gehen, etwa das „Axion Dark Matter Experiment“ in den USA. Ersten Messungen zufolge könnte es sensibel genug sein, um die Axionen – sofern sie überhaupt existieren – in den nächsten Jahren aufzuspüren.

In ihrer Studie errechneten der spanische Forscher O’Hare und seine Kollegen, wie sich durch die Dunkle Materie in S1 die Chancen für eine Entdeckung erhöhen. Für die WIMPs, so zeigte sich, steigt die Entdeckungswahrscheinlichkeit nur leicht, doch moderne Detektoren sollten registrieren, wenn ihre Dichte in der Umgebung der Sonne durch den Zustrom zunimmt. Dies gilt allerdings nur für einen bestimmten Massenbereich.

Anders bei den Axionen: Wären sie erst einmal entdeckt, ließe sich aus den Daten ihre Zugehörigkeit zu dem Sternenstrom S1 erkennen, prognostizieren die Studienautoren. Der „Hurrikan“ aus Dunkler Materie verspricht also einen möglichen großen Erkenntnisgewinnen: Mit seiner Hilfe könnten die Astrophysiker das Geheimnis um die Dunkle Materie endlich lüften.

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