Im Zentrum unserer Galaxie fasziniert ein rätselhaftes Phänomen die Wissenschaftler. Jüngste Beobachtungen deuten darauf hin, dass dunkle Materie, diese unsichtbare Substanz, die 85 % des Universums ausmacht, sich durch unerwartete chemische Effekte manifestieren könnte.
Ein Forscherteam schlägt eine neue Spur vor: eine leichte Form von dunkler Materie, die in der Lage ist, sich selbst zu vernichten und geladene Teilchen freizusetzen. Diese würden das Gas in der Zentralen Molekülwolke (ZMC) der Milchstraße ionisieren und damit bisher unerklärte Beobachtungen erklären. Diese Hypothese eröffnet einen neuen Weg, um eines der größten Rätsel der modernen Physik zu verstehen.
Eine leichtere dunkle Materie als erwartet
Die traditionelle dunkle Materie, oft mit massiven Teilchen wie den "WIMPs" in Verbindung gebracht, könnte nicht der einzige Kandidat sein. Die Forscher untersuchen nun ein leichteres Teilchen, dessen Masse geringer wäre als die eines Protons. Wenn zwei dieser Teilchen kollidieren, würden sie sich gegenseitig vernichten und Elektronen sowie Positronen erzeugen.
Diese geladenen Teilchen würden dann mit dem umgebenden Gas interagieren und Wasserstoffatome ionisieren. Dieser Prozess würde die reichliche Präsenz von ionisiertem Gas in der ZMC erklären, einer dichten und turbulenten Region im Herzen der Milchstraße. Im Gegensatz zu kosmischen Strahlen, die oft zur Erklärung der Ionisation herangezogen werden, benötigt diese neue Form der dunklen Materie keine ultra-energiereichen Teilchen.
Diese Hypothese ist umso faszinierender, als sie mit den aktuellen Beobachtungen übereinstimmt, ohne mit astrophysikalischen Einschränkungen in Konflikt zu geraten. Beispielsweise sagen die Modelle voraus, dass diese leichte dunkle Materie keine übermäßige Gammastrahlung erzeugen würde, was mit den in der ZMC gesammelten Daten übereinstimmt. Darüber hinaus könnte diese Theorie auch andere Phänomene erklären, wie die in dieser Region beobachtete Röntgenstrahlung.
Dieser Ansatz eröffnet einen neuen Weg, dunkle Materie nicht mehr nur durch ihre gravitativen Effekte, sondern auch durch ihre chemischen Wechselwirkungen mit dem interstellaren Medium zu entdecken. Sollte sich diese Hypothese bestätigen, könnte sie unser Verständnis dieser schwer fassbaren Substanz und ihrer Rolle in der Entwicklung von Galaxien revolutionieren.
Eine bisher unbekannte chemische Signatur
Die Hypothese einer leichten, sich selbst vernichtenden dunklen Materie könnte auch andere in der ZMC beobachtete Phänomene erklären. Beispielsweise könnte eine Röntgenstrahlung, bekannt als "511-keV-Emissionslinie", mit der Bildung von Positronium in Verbindung stehen, einem gebundenen Zustand zwischen einem Elektron und einem Positron anstelle des traditionellen Elektron-Proton-Paares. Diese Lichtsignatur würde zu den geladenen Teilchen passen, die durch die Vernichtung der dunklen Materie entstehen.
Auch das Fehlen einer intensiven Gammastrahlung, die normalerweise mit kosmischen Strahlen in Verbindung gebracht wird, stärkt die Idee, dass die Ionisationsquelle langsamer und weniger energiereich ist. Diese Übereinstimmung zwischen Beobachtungen und theoretischen Vorhersagen macht diese Hypothese besonders vielversprechend. Die Forscher betonen, dass die Modelle der leichten dunklen Materie die vorhandenen Daten nicht widersprechen, was in diesem Forschungsbereich selten ist.
Diese Theorie könnte auch andere kosmische Rätsel beleuchten, wie die Verteilung der dunklen Materie in Galaxien. Sollte dieses leichte Teilchen bestätigt werden, könnte es erklären, warum einige galaktische Regionen unerwartete Ionisationsniveaus aufweisen. Zukünftige Beobachtungen, insbesondere mit dem Weltraumteleskop COSI, sollten es ermöglichen, diese Hypothese eingehender zu testen.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Physical Review Letters