Dunkle Halo: Um die Erde und andere Planeten herum könnte es ein ganzes Büschel aus Dunkler Materie geben. Denn wie ein NASA-Forscher per Computermodell ermittelte, sorgt die Schwerkraft dafür, dass die Ströme dieser exotischen Materieform zu feinen Haaren komprimiert werden, die sich wie eine Halo um die Himmelskörper anordnen. Das Spannende daran: In diesen Haaren sind die Teilchen der Dunklen Materie um das Milliardenfache konzentriert – und könnten sich daher leichter aufspüren lassen.
Die Dunkle Materie nimmt gut ein Viertel des Universums ein, dennoch gibt sie noch immer Rätsel auf. Denn weder ihre Zusammensetzung noch ihre genaue Verteilung sind bisher genau bekannt und auch einer direkten Beobachtung entzieht sich diese exotische Materieform. Weil sie sich jedoch durch ihre Schwerkraftwirkung auf sichtbare Materie verrät, wissen wir unter anderem, dass es in unserer Nachbarschaft eine ganze Brücke aus Dunkler Materie gibt.
Filamente im Sonnensystem
Die rätselhafte Materieform könnte uns aber sogar noch näher sein, wie Gary Prézeau vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena meint. Der Forscher hat mit Hilfe von Computersimulationen untersucht, ob die Dunkle Materie in unserem Sonnensystem vorkommen könnte und wie sie mit der Erde und den anderen Planeten wechselwirken würde. Ausgangspunkt seiner Modelle sind Berechnungen von Astrophysikern, nach denen die Dunkle Materie feine Ströme bilden könnte, die inmitten der normalen Materie vorkommen.
„Wenn die Gravitation während der Galaxienbildung mit der kalten Dunklen Materie wechselwirkt, dann bewegen sich alle Partikel in diesen Strömen mit der gleichen Geschwindigkeit“, sagt Prézeau. „Es könnte viele solcher Ströme geben, die unsere galaktische Nachbarschaft durchziehen.“ Er vergleicht dies mit dem Mischen von Schokoladen- und Vanille-Eiscreme: tut man dies langsam, dann bilden sich immer feinere Fäden von dunkleren und helleren Filamenten im Eis.
Halo aus feinen ‚Haaren‘ Dunkler Materie
Solche feinen Filamente aus Dunkler Materie könnten in Erdnähe vorhanden sein und sogar durch unseren Planeten hindurchströmen, wie der Astrophysiker erklärt. Denn für die Dunkle Materie wäre die Erde kein echtes Hindernis. Allerdings legen die Modelle nahe, dass die Schwerkraft unseres Planeten wie eine Linse für diese Filamente wirken würde und sie zu feinen, konzentrierten „Haaren“ komprimiert.
Die Erde könnte daher – für uns unsichtbar – von einer ganzen Halo aus solchen feinen Haaren der Dunklen Materie umgeben sein, berichtet Prézeau. Die Wurzeln dieser „Haare“ liegen seiner Simulation nach etwa eine Million Kilometer von der Erdoberfläche entfernt, das entspricht ungefähr der doppelten Entfernung des Mondes. Die feinen Spitzen dieser Haare ragen noch einmal doppelt so weit ins All hinein.
Chance zum direkten Nachweis?
„Diese ‚Haare‘ sind einzigartige Fenster in die Feinstruktur der lokalen Ströme Dunkler Materie“, sagt Prézeau. Und sie erhöhen die Chance, endlich die rätselhafte Beschaffenheit dieser exotischen Materieform aufzuklären. Denn wie der Astrophysiker ermittelte, liegen die Teilchen der Dunklen Materie in diesen „Haaren“ besonders dicht vor. Im Umfeld der Erde könnte ihre Dichte eine Milliarde Mal höher sein als normalerweise – gute Voraussetzungen, um sie machzuweisen.
„Wenn wir die genaue Position der Wurzeln dieser Haare ermitteln würden, könnten wir eine Raumsonde hinschicken und wahrscheinlich eine ganze Schatztruhe von Daten zur Dunklen Materie bekommen“, hofft Prézeau. Wie man diese Haare ausfindig machen könnte und von welchen Parametern dies abhängt, hat der Forscher bereits ansatzweise ausgerechnet. Demnach bräuchte man stark heruntergekühlte Detektoren, wie sie bereits einige Weltraumteleskope nutzen. Noch allerdings reicht deren Empfindlichkeit nicht aus.
„Die Dunkle Materie entzieht sich seit 30 Jahren allen versuchen, sie direkt nachzuweisen“, kommentiert Charles Lawrence, wissenschaftlicher Leiter der Astronomie und Physikabteilung am JPL. „Die Wurzeln dieser Haare aus Dunkler Materie wären ein attraktiver Ort, um nach ihr zu suchen.“ (Astrophysical Journal, in press; arXiv:1507.07009)
(NASA/JPL, 24.11.2015 – NPO)
