Helfen Axionensterne bei der Suche nach der dunklen Materie?

Die Entdeckung hoch instabiler und explosiver „Axionensterne“ könnte Wissenschaftler:innen endlich helfen, was es mit dem mysteriösesten Element des Universums auf sich hat: Die Dunkle Materie.

Dunkle Materie macht schätzungsweise 85% der Masse des Universums aus, bleibt jedoch weitgehend unsichtbar, da sie nicht mit Licht (oder sonst etwas, abgesehen von Schwerkraft) interagiert. Wissenschaftler:innen suchen daher nach den Teilchen, welche die Dunkle Materie bilden könnten. Einer der Hauptverdächtigen sind die sogenannten „Axionen“, leichtgewichtige Teilchen, die erstmals 1977 theoretisiert wurden.

Neue Forschung legt nahe, dass Axionen in Regionen gefunden werden könnten, in denen sich die Partikel möglicherweise zu Klumpen zusammengeballt und damit Axionensterne gebildet haben – mit explosiven Ergebnissen.

Axionen sind einer der Hauptkandidaten für die Dunkle Materie. Man entdeckte, dass sie die Fähigkeit haben, das Universum genauso zu erwärmen wie Supernovae und gewöhnliche Sterne, nachdem sie sich in dichten Klumpen zusammengefunden haben. Mit diesem Wissen könne man nun viel genauer sagen, wohin man seine Instrumente im Feld richten müsse, um sie zu finden.

Dunkle Materie interagiert zwar nicht mit den Photonen des Lichts, den Teilchen, die mit der elektromagnetischen Kraft verbunden sind, aber sie interagiert mit einer der vier grundlegenden Kräfte des Universums: der Gravitation.

Tatsächlich wurde Dunkle Materie entdeckt, als man feststellte, dass einige Galaxien sich so schnell drehen, dass die Gravitation der sichtbaren Masse innerhalb selbiger nicht ausreichen würde, um sie zusammenzuhalten. Es musste also noch etwas geben.

Wenn (bzw. „falls“) Dunkle Materie aus Axionen besteht, müssten diese Niedrigmasse-Teilchen in äußerst großer Zahl vorhanden sein, um die beobachteten gravitativen Effekte zu erklären. Das bedeutet, dass es Gebiete geben muss, in denen Axionen dicht gepackt sind.

Diese Axionensterne wären jedoch nicht so langlebig wie die Dunkle Materie Halos, die Galaxien umgeben. Axionensterne, sollten sie existieren, würden instabil werden, sobald sie eine bestimmte Masse erreichen. Das würde zu Explosionen führen und Strahlung freisetzen.

Die Forscher:innen glauben, dass eben diese Strahlung das Gas erhitzt haben könnte, das zwischen den Galaxien existierte, während der Zeitperiode zwischen der Bildung der ersten Atome im Universum und der Entstehung der ersten Sterne ca 50 bis 500 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Die bei diesen Explosionen entstandene Strahlung glaubt man nun ggf in Form einer Art „Abdruck“ im CMB (cosmic microwave background – kosmischer Mikrowellen Hintergrund) nachweisen zu können und damit nachzuweisen, dass die Dunkle Materie aus Axionen besteht.

Diese Forschung zu Axionensternen wurde kürzlich in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlicht.

Das Ganze ist insgesamt natürlich ausgesprochen hypothetisch, man versucht mit den über 13 Milliarden Jahre alten (hypothetischen) Überbleibseln einer Strahlung, die aus den Explosionen von Sternen hervorgegangen sein könnte, welche vielleicht aus Partikeln (Axionen) bestanden, deren Existenz bis heute nicht bewiesen wurde, nachzuweisen, dass die Dunkle Materie, von der man im Grunde nur weiß, dass sie ausschließlich gravitativ interagiert, aus eben jenen Partikeln besteht…

Nichtsdestotrotz würde man damit unter Umständen natürlich ggf eine der größten Fragen der modernen Wissenschaft beantworten und viel über die Geschichte des frühen Universums lernen können.