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Abb. 2: Illustration von GLAST (obere Abbildung) und
VERITAS (untere Abbildung) die beide Gammastrahlenteleskope
der nächsten Generation sind. (Copyright: GLAST, VERITAS Teams)
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Abb. 3: Diese Abbildung erläutert die Nachweisbarkeit verschiedener sypersymmetrischer
Modelle. Jeder Punkt steht fuer ein mögliches Modell zu dem eine bestimmte Masse und eine bestimmter
Wirkungsquerschnitt gehören. Die Linien sind die Messgrenzen für typische Beobachtungszeiträume
von GLAST und VERITAS. Punkte die oberhalb der Linien liegen stehen für Modelle die nachgewiesen
werden können.
Die unterste durchgezogene Linie entspricht einer Beobachtung des galaktischen Zentrums mit GLAST. Die
gestrichelte Linie darüber entspricht einer Beobachtung einer der Zwerggalaxien der Milchstrasse, etwa der
Grossen Magellanschen Wolke. Während GLAST viele supersymmetrische Modelle nachweisen kann, produzieren
nur sehr wenige Modelle genug Gammastrahlung um einen Nachweis mit VERITAS zu erlauben.
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1933 untersuchte der schweizer Astronom Fritz Zwicky die Geschwindigkeiten von
Galaxien in Galaxienhaufen und fand ein überraschendes Ergebnis: Die Masse der
beobachteten Galaxien war viel zu gering um ihre Bewegungen in dem Galaxienhaufen
zu erklären. Er schloss daraus, dass Galaxienhaufen neben den Galaxien noch aus weiterer, "dunkler"
Materie bestehen.
Heute wissen wir dass etwa 90% der Gesamtmasse im Universum nicht nur dunkel ist -
das heißt sie sendet kein Licht aus - sondern dass sie außerdem aus einer
mysteriösen noch unbekannten Teilchenart bestehen muss. Das Geheimnis der Natur
der dunklen Matiere im Universum zu lüften ist eine der größten
Herausforderungen der heutigen Kosmologie.
Einer der besten Teilchenkandidaten für die dunkle Materie ist ein Teilchen, das
Neutralino genannt wird. Dieses Teilchen tritt auf natürliche Weise in
Theorien auf, die das Standardmodell der Teilchenphysik erweitern. Diese
supersymmetrischen Theorien führen eine neue Symmetrie ein
- die Supersymmetrie -, die jedem Boson ein neues supersymmetrisches Fermion zuordnet,
und umgekehrt. Bisher wurde noch keines der neuen Teilchen entdeckt. Es wird angenommen
dass diese Teilchen zu große Energien besitzen als dass sie mit heutigen Teilchenbeschleunigern
nachgewiesen werden könnten.
Die Neutralinos könnten jedoch mit sich selbst annihilieren wenn sie in
dichten Regionen des Universums aufeinandertreffen und neben weiteren Teilchen auch
hochenergetische Gammastrahlung produzieren. Die Idee ist nun zu versuchen diese
Gammastrahlung nachzuweisen und so schliesslich die Natur des Teilchens der dunklen Materie
und seine Masse zu bestimmen. Die Stärke der Annihilation der dunklen Materie hängt
sehr stark von der Dichte der dunklen Matreie und damit von der genauen Struktur der Halos
die unsere und andere Galaxien umgeben ab. Das Hauptaugenmerk für den Nachweis liegt dabei
auf unserer Milchstraße, vorallem da ihr Zentrum "nur" etwa 26000 Lichtjahre entfernt ist.
Die Wissenschaftlergruppe am MPA hat große Supercomputer des Garchinger
Rechenzentrums der Max-Planck-Gesellschaft verwendet um die Entstehung eines Halos
aus dunkler Materie ähnlich zu unserem eigenen mit bis jetzt unerreichter
Auflösung zu simulieren (Abb 1). Sie haben für unterschiedliche Parameter
der supersymmetrischen Theorie die erwartete Stärke der Gammastrahlung berechnet
und diese mit den Nachweisgrenzen zweier Gammastrahlenteleskope der nächsten
Generation verglichen. Eines dieser Teleskope ist ein Satellit (Abb 2.
obere Illustration: The Gamma Ray Large Area Space Telescope
GLAST) das andere ein erdgebundenes Teleskop
(Abb 2. untere Illustration: Very Energetic Radiation Imaging Telescope
Array System VERITAS).
Sie fanden heraus, dass, mittels einer neuen Nachweisstrategie die nach Gammastrahlung
aus einem grossen Bereich zehn oder zwanzig Grad vom galaktischen Zentrum entfernt
sucht, GLAST eine gute Chance haben wird die Gammastrahlen zu entdecken (Abb 3).
Wir könnten endlich in der Lage sein die dunkle Materie zu "sehen" und ihre
immer noch mysteriöse Natur zu enthüllen.
Felix Stoehr, Simon D. M. White, Volker Springel und Giuseppe Tormen
Further reading:
F. Stoehr, S. D. M. White, V. Springel and G. Tormen
"Dark Matter Annihilation in the Halo of the Milky Way",
MNRAS, volume 345, page 1313
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Abb. 1:
Verteilung der Materiedichte des simulierten Milchstraßenhalos in logarithmischer Farbskala.
Eine Bildkante entspricht einer Länge von 600000 Lichtjahren. Falls zukünftige Teleskope die
Annihilationsstrahlung nachweisen, dann wahrscheinlich aus einer Region im Zentrum der Galaxie die nur einige
Prozent der Größe des hier gezeigten Bildes hat.
