Neue Studie grenzt den Massenbereich von Dunkler Materie ein

Hubble-Aufnahme von Quasaren, die dem Gravitationslinseneffekt unterliegen. (Credits: ESA, NASA, K. Sharon (Tel Aviv University) and E. Ofek (Caltech))
Hubble-Aufnahme von Quasaren, die dem Gravitationslinseneffekt unterliegen. (Credits: ESA, NASA, K. Sharon (Tel Aviv University) and E. Ofek (Caltech))

Warm, kalt oder genau richtig? Physiker der University of California in Davis messen die Temperatur von Dunkler Materie – der rätselhaften Substanz, die rund ein Viertel unseres Universums ausmacht.

Wir haben nur eine sehr wage Vorstellung dessen, was Dunkle Materie ist, und Physiker müssen ein Dunkle-Materie-Teilchen noch nachweisen. Aber wir wissen, dass die Gravitationskraft von Klumpen aus Dunkler Materie das Licht ferner Objekte ablenken kann. Chris Fassnacht, ein Physik-Professor an der UC Davis, und seine Kollegen nutzen diese als Gravitationslinseneffekt bezeichneten Verzerrungen, um mehr über die Eigenschaften von Dunkler Materie zu erfahren.

Das Standardmodell für Dunkle Materie besagt laut Fassnacht, dass sie “kalt” ist, was bedeutet, dass sich die Teilchen im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit langsam bewegen. Das ist auch an die Masse der Dunkle-Materie-Teilchen gebunden. Je geringer die Masse des Teilchens, desto “wärmer” ist es und desto schneller wird es sich bewegen.

Das Modell der kalten (massereicheren) Dunklen Materie ist bezogen auf sehr große Skalen gültig, aber es funktioniert nicht so gut im Größenmaßstab einzelner Galaxien. Das führte zu anderen Modellen, darunter “warme” Dunkle Materie mit leichteren, schnelleren Teilchen. “Heiße” Dunkle Materie mit Teilchen, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen, wurde durch Beobachtungen ausgeschlossen.

Eine Grenze für die Masse von Dunkler Materie

Der frühere Doktorand Jen-Wei Jsueh, Fassnacht und ihre Kollegen verwendeten den Gravitationslinseneffekt, um der Wärme und damit der Masse von Dunkler Materie eine Grenze zu setzen. Sie maßen die Helligkeit von sieben fernen Quasaren, die dem Gravitationslinseneffekt unterliegen, um nach Veränderungen aufgrund von zusätzlichen Klumpen Dunkler Materie in der Sichtlinie zu suchen. Die Ergebnisse nutzten sie, um die Größe dieser “Dunkle-Materie-Linsen” zu bestimmen.

Wenn Dunkle-Materie-Teilchen leichter, wärmer und schneller sind, dann werden sie keine Strukturen unterhalb einer bestimmten Größe bilden, sagte Fassnacht. “Unterhalb einer bestimmten Große würden sie einfach verschwimmen.”

Die Ergebnisse setzen eine untere Massengrenze für ein potenzielles Dunkle-Materie-Teilchen, während sie die kalte Dunkle Materie nicht ausschließen. Die Ergebnisse des Teams repräsentieren eine wichtige Verbesserung gegenüber einer früheren Analyse aus dem Jahr 2002 und sind vergleichbar mit kürzlichen Resultaten eines Teams von der University of California in Los Angeles.

Fassnacht hofft weitere dem Gravitationslinseneffekt unterliegende Objekte zu ergänzen, um die statistische Genauigkeit zu verbessern. “Wir müssen etwa 50 Objekte betrachten, um gut eingrenzen zu können, wie warm Dunkle Materie sein kann”, sagte er.

Eine Abhandlung, die die Arbeit beschreibt, wurde in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Die Co-Autoren sind W. Enzi, S. Vegetti und G. Despali (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Deutschland), M. W. Auger (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Großbritannien), L. V. E. Koopmans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Niederlande) und J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy). Die Arbeit wurde von der National Science Foundation, der Netherlands Organization for Scientific Research und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unterstützt.

Quelle

(THK)

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