Robert Klatt
Eine Analyse von Doppelsternsystemen zeigt erstmals, dass Dunkle Materie über den gravitativen Widerstand der Substanz beobachtet werden kann. Die neue Beobachtungsmethode kann die Erforschung von Dunkler Materie um Schwarze Löcher deutlich beschleunigen.
Pokfulam (Hong Kong). Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik ist nur etwa ein Sechstel der Materie sichtbar. Die Physik geht davon aus, dass die verbleibenden fünf Sechstel Dunkle Materie sind. Dunkle Materie ist nicht direkt sichtbar, wechselwirkt aber über die Gravitation mit Materie. Das Standardmodell der Kosmologie postuliert die Existenz der Dunklen Materie, weil sich nur mit ihr die Bewegung der sichtbaren Materie erklären lässt. Zudem postuliert auch die beobachtete Stärke des Gravitationslinseneffekts, mit dem kürzlich ein ultramassereiches Schwarzes Loch entdeckt wurde, Dunkle Materie.
Zudem konnte bereits experimentell belegt werden, dass die Verteilung der Dunklen Materie im Universum sich auf große Massenansammlungen konzentriert. Diese werden von der Dunklen Materie wie ein Nebel umgeben.
Eine Studie der The University of Hong Kong (HKU) zeigt nun, dass sich Dunkle Materie im Weltraum ebenfalls um Schwarze Löcher, von denen bekannt ist, dass diese 70 Milliarden Sonnenmassen schwer sein können, ansammelt. Laut ihrer Publikation in den The Astrophysical Journal Letters haben die Forscher für ihre Studie eine völlig neue Nachweismethode verwendet.
Es war zuvor bereits bekannt, dass Dunkle Materie auf Körper, die sie durchqueren, eine spezielle Form der Reibung ausübt, obwohl sie normalerweise kaum mit sichtbaren Objekten wechselwirkt. Verursacht wird diese Reibung durch die Gravitation, die dazu führt, dass die Dunkle Materie sich wie eine zähe Masse verhält und dadurch beim Durchqueren für Widerstand sorgt.
Dieser Mechanismus lässt sich veranschaulichen, in dem sich Dunkle Materie als mehrere kleine Massen vorstellte. Ein großes Objekt, dass an diesen kleine Massen vorbeifliegt, würde diese durch seine Gravitation beschleunigen und mitreisen. Dadurch würde eine Bremswirkung auf den Körper ausgeübt werden.
Im Rahmen ihrer Studie analysierten die Forscher um Chan Man-ho Doppelsternsysteme aus einem Schwarzen Loch und einem Stern. Wenn das Schwarze Loch in seiner Nähe Dunkle Materie akkumuliert hat, sollte dies durch eine stetig wachsende Distanz zwischen den beiden Himmelskörpern erkennbar sein, während ihre Rotation gleichzeitig verlangsamt wird. Ein vergleichbarer Effekt bewirkt, dass der Mond sich jährlich um einige Zentimeter von der Erde entfernt. In diesem Fall ist die bremsende Wirkung der Gezeiten für die verminderte Rotationsgeschwindigkeit verantwortlich.
Tatsächlich entdeckten die Forscher bei den Schwarzen Löchern A0620-00 und XTE J1118+480, die jeweils von einem Stern begleitet werden, den erwarteten Effekt. Die Rotation der Systeme verlangsamte sich etwa ein Tausendstel Sekunde pro Jahr. Das 50-mal höher als vorhergesagt. Laut betont handelt es sich bei dieser Beobachtung um völlig neues Wissen.
„Dies ist die allererste Studie, die das dynamische Reibungsmodell anwendet, um die Existenz dunkler Materie in der Umgebung von Schwarzen Löchern zu beweisen.“
Die Studie eröffnet somit eine neue Methode für die weitere Erforschung der Dunklen Materie. Bisher wurde Dunkle Materie um Schwarze Löcher lediglich anhand seltener kosmischer Ereignisse wie Gravitationswellen von der Verschmelzung Schwarzer Löcher oder Gammastrahlenausbrüche untersucht. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die neue Beobachtungsmethode die Untersuchung von Dunkler Materie deutlich beschleunigen kann.
„Allein in der Milchstraßengalaxie gibt es mindestens 18 Doppelsternsysteme, die mit unseren Forschungsobjekten vergleichbar sind und reichhaltige Informationen liefern können, um das Geheimnis der dunklen Materie zu entschlüsseln.“
The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/acaafa
