Die Entdeckung eines „dunklen Zwergs“ könnte den Weg zur Entschlüsselung des Geheimnisses der dunklen Materie ebnen.

DNVN – Eine neu veröffentlichte Studie zeigt, dass mysteriöse „dunkle Zwerge“ wichtige Hinweise liefern könnten, die zur Aufklärung der wahren Natur der dunklen Materie beitragen – eines der größten Rätsel der modernen Kosmologie.

Eine vorgeschlagene neue Klasse von Sternen, sogenannte Dunkle Zwerge, könnte im Zentrum unserer Galaxie verborgen sein. Diese lichtschwachen, massearmen Sterne werden möglicherweise nicht durch Kernfusion, sondern durch die Annihilation von Dunkler Materie angetrieben. Dies könnte eines der größten Geheimnisse des Universums lüften. (Künstlerische Darstellung). Quelle: SciTechDaily.

Ein Forscherteam aus Großbritannien und Hawaii veröffentlichte im „Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics“ den Begriff der Dunklen Zwerge und beschrieb, wie diese mithilfe bestehender Instrumente, darunter dem James-Webb-Weltraumteleskop, nachgewiesen werden können. Der Name „Dunkle Zwerge“ rührt nicht daher, dass sie von Natur aus dunkel sind, sondern von ihrer engen Verbindung zur Dunklen Materie her – einer Materie, die bis heute im Zentrum der Astrophysik und Kosmologie steht.

„Wir gehen davon aus, dass 25 % des Universums aus einer Materieart bestehen, die kein Licht aussendet und daher weder mit bloßem Auge noch mit Teleskopen sichtbar ist. Wir können sie nur anhand ihrer Gravitationswirkung nachweisen. Deshalb nennen wir sie Dunkle Materie“, erklärte Professor Jeremy Sakstein von der Universität von Hawaii, einer der Koautoren der Studie.

Obwohl die Existenz dunkler Materie bestätigt und ihr Verhalten beobachtet wurde , bleibt ihre wahre Natur ein Rätsel. In den letzten 50 Jahren wurden zahlreiche Hypothesen aufgestellt, doch keine konnte durch überzeugende experimentelle Daten gestützt werden. Studien wie diese zielen darauf ab, praktische Methoden zu entwickeln, um einer endgültigen Antwort näherzukommen.

Zu den vielversprechendsten Kandidaten für Dunkle Materie zählen schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) – Teilchen mit extrem großen Massen, die nur sehr schwach mit gewöhnlicher Materie wechselwirken. Sie durchdringen nahezu unbemerkt alles, emittieren kein Licht, werden nicht von elektromagnetischen Kräften beeinflusst und reflektieren daher kein Licht und bleiben unsichtbar. WIMPs lassen sich nur indirekt über ihren Gravitationseinfluss nachweisen. Diese Art von Dunkler Materie ist auch für die Existenz dunkler Zwerge notwendig.

Illustration eines schwarzen Zwergs. Quelle: Bild erstellt von Mitarbeitern von Sissa Medialab mit Adobe Illustrator.

„Dunkle Materie kann gravitativ wechselwirken, wird daher von Sternen eingefangen und sammelt sich in ihnen an. Dabei kann sie mit sich selbst wechselwirken und sich selbst vernichten, wodurch Energie freigesetzt wird, die den Stern erhitzt“, erklärt Sakstein.

Normale Sterne wie die Sonne leuchten durch Kernfusion in ihren Kernen. Dort sind sie massereich genug, dass die Gravitation Materie so stark komprimiert, dass Reaktionen zwischen Atomkernen ausgelöst werden. Dabei wird enorme Energiemenge freigesetzt, die wir als Licht wahrnehmen. Dunkle Zwerge hingegen leuchten ebenfalls, jedoch nicht durch Kernfusion.

„Dunkle Zwerge sind sehr klein, sie besitzen nur etwa 8 Prozent der Sonnenmasse“, erklärte Sakstein. Solch geringe Massen reichen nicht aus, um Fusionsreaktionen auszulösen. Daher emittieren diese Objekte, obwohl sie im Universum häufig vorkommen, meist nur ein schwaches Leuchten, das von der Energie ihres geringen Gravitationskollapses herrührt, und werden Braune Zwerge genannt.

Befinden sich Braune Zwerge jedoch in Regionen mit hohem Anteil an Dunkler Materie, wie etwa im Zentrum der Milchstraße, können sie sich in andere Formen umwandeln. „Diese Objekte sammeln Dunkle Materie an und werden dadurch zu Dunklen Zwergen“, betonte Sakstein. „Je mehr Dunkle Materie sie umgibt, desto mehr sammeln sie an. Und je mehr Dunkle Materie sie ansammeln, desto mehr Energie können sie bei ihrer Annihilation freisetzen.“

Doch all diese Theorien funktionieren nur für eine bestimmte Art von Dunkler Materie. „Damit Dunkle Zwerge existieren können, muss die Dunkle Materie aus WIMPs bestehen, also aus massereichen Teilchen, die miteinander wechselwirken und sichtbare Materie erzeugen können“, erklärte Sakstein. Andere Theorien, wie Axionen, sterile Neutrinos oder schwache ultraleichte Teilchen, liefern zu wenig Energie, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Nur massereiche Teilchen, die miteinander wechselwirken und sich in sichtbare Energie umwandeln können, liefern genügend Energie für Dunkle Zwerge.

Damit diese Hypothese zutrifft, ist eine spezifische Methode zur Identifizierung dunkler Zwerge erforderlich. Sakstein und seine Kollegen schlagen daher eine Signatur vor: Lithium-7. Dieses Element verbrennt in normalen Sternen sehr schnell und verschwindet rasch. „Wenn man ein Objekt findet, das wie ein dunkler Zwerg aussieht, kann man nach Spuren von Lithium-7 suchen. Ist es noch vorhanden, kann es sich nicht um einen Braunen Zwerg oder Ähnliches handeln“, erklärt Sakstein.

Moderne Instrumente wie das James-Webb-Weltraumteleskop sollen in der Lage sein, extrem kalte Objekte wie Dunkle Zwerge aufzuspüren. Sakstein schlägt einen anderen Ansatz vor: „Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die gesamte Population zu betrachten und dann statistisch zu prüfen, ob eine zusätzliche Population Dunkler Zwerge einbezogen werden sollte, um sie besser zu charakterisieren.“

Wenn Wissenschaftler in den kommenden Jahren einen oder mehrere dunkle Zwerge entdecken, reicht das aus, um die Hypothese zu stützen, dass Dunkle Materie aus WIMPs besteht? „Sehr stark“, antwortete Sakstein. „Bei Kandidaten für leichte Dunkle Materie, wie Axionen, werden wir meiner Meinung nach nichts finden, was einem dunklen Zwerg ähnelt. Sie sammeln sich nicht im Inneren von Sternen an. Wenn wir dunkle Zwerge finden, wäre das ein starker Beweis dafür, dass Dunkle Materie massereich ist und stark mit sich selbst, aber nur schwach mit dem Standardmodell wechselwirkt. Dies schließt WIMPs und einige andere exotische Modelle ein.“

Er merkte jedoch auch an, dass die Entdeckung dunkler Zwerge nicht zwangsläufig bedeutet, dass dunkle Materie ein WIMP ist, sondern dass es sich um einen WIMP oder eine andere Form von Materie handeln könnte, die sich ähnlich wie ein WIMP verhält.

Sollte sich diese Hypothese bestätigen, würde dies neue Forschungsrichtungen eröffnen und möglicherweise eines der größten Geheimnisse des Universums erhellen.

La Khe (Laut SciTech Daily)

Quelle: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203