Der Gitarrennebel. klicken um zu vergrößern
Da es einen großen Teil des Universums ausmacht, könnte man meinen, wir würden jetzt wissen, was dunkle Materie ist. Ein internationales Forscherteam theoretisiert nun, dass dunkle Materie eine Klasse von Partikeln sein könnte, die als „sterile Neutrinos“ bekannt sind. Diese Teilchen, die direkt beim Urknall gebildet wurden, könnten für die fehlende Masse des Universums verantwortlich sein und hätten den praktischen Nebeneffekt, die frühe Bildung von Sternen zu beschleunigen.
Dunkle Materie hat möglicherweise zu Beginn des Universums eine wichtige Rolle bei der Schaffung von Sternen gespielt. In diesem Fall muss die dunkle Materie jedoch aus Partikeln bestehen, die als „sterile Neutrinos“ bezeichnet werden. Peter Biermann vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Alexander Kusenko von der University of California in Los Angeles haben gezeigt, dass der Zerfall steriler Neutrinos die Bildung von molekularem Wasserstoff beschleunigt. Dieser Prozess hätte dazu beitragen können, die ersten Sterne erst etwa 20 bis 100 Millionen Jahre nach dem Urknall zum Leuchten zu bringen. Diese erste Generation von Sternen ionisierte dann das sie umgebende Gas, etwa 150 bis 400 Millionen Jahre nach dem Urknall. All dies liefert eine einfache Erklärung für einige ziemlich rätselhafte Beobachtungen bezüglich dunkler Materie, Neutronensternen und Antimaterie.
Wissenschaftler entdeckten, dass Neutrinos durch Neutrinooszillationsexperimente Masse haben. Dies führte zu der Annahme, dass „sterile“ Neutrinos existieren - auch als rechtshändige Neutrinos bekannt. Sie nehmen nicht direkt an schwachen Wechselwirkungen teil, sondern interagieren durch ihre Vermischung mit gewöhnlichen Neutrinos. Die Gesamtzahl der sterilen Neutrinos im Universum ist unklar. Wenn ein steriles Neutrino nur eine Masse von wenigen Kiloelektronenvolt hat (1 keV ist ein Millionstel der Masse eines Wasserstoffatoms), würde dies die riesige, fehlende Masse im Universum erklären, die manchmal als „dunkle Materie“ bezeichnet wird. Astrophysikalische Beobachtungen stützen die Ansicht, dass dunkle Materie wahrscheinlich aus diesen sterilen Neutrinos besteht.
Die Theorie von Biermann und Kusenko beleuchtet eine Reihe noch ungeklärter astronomischer Rätsel. Erstens würde während des Urknalls die Masse der im Urknall erzeugten Neutrinos dem entsprechen, was zur Berücksichtigung der Dunklen Materie benötigt wird. Zweitens könnten diese Teilchen die Lösung für das seit langem bestehende Problem sein, warum sich Pulsare so schnell bewegen.
Pulsare sind Neutronensterne, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen. Sie entstehen bei Supernova-Explosionen und werden normalerweise in eine Richtung ausgeworfen. Die Explosion gibt ihnen einen "Schub", wie ein Raketentriebwerk. Pulsare können Geschwindigkeiten von Hunderten von Kilometern pro Sekunde haben - oder manchmal sogar Tausende. Der Ursprung dieser Geschwindigkeiten ist unbekannt, aber die Emission von sterilen Neutrinos würde die Pulsarkicks erklären.
Der Gitarrennebel enthält einen sehr schnellen Pulsar. Wenn dunkle Materie aus Teilchen besteht, die das Universum reionisieren - wie Biermann und Kusenko vorschlagen -, könnte die Bewegung des Pulsars diese kosmische Gitarre geschaffen haben.
Drittens können sterile Neutrinos helfen, das Fehlen von Antimaterie im Universum zu erklären. Im frühen Universum könnten sterile Neutrinos die sogenannte "Leptonzahl" aus dem Plasma "gestohlen" haben. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde das Fehlen einer Leptonzahl in eine Baryonenzahl ungleich Null umgewandelt. Die resultierende Asymmetrie zwischen Baryonen (wie Protonen) und Antibaryonen (wie Antiprotonen) könnte der Grund sein, warum das Universum keine Antimaterie hat.
„Die Bildung zentraler galaktischer Schwarzer Löcher sowie die Struktur auf subgalaktischen Skalen begünstigen sterile Neutrinos, um die Dunkle Materie zu erklären. Der Konsens mehrerer indirekter Beweisstücke lässt vermuten, dass das lang ersehnte Teilchen der Dunklen Materie tatsächlich ein steriles Neutrino sein kann “, sagt Peter Biermann
Ursprüngliche Quelle: Max-Planck-Gesellschaft
