Mit Gravitationswellen die Dunkle Materie ausleuchten

Schwarze Löcher stossen zusammen, Gravitationswellen breiten sich durch die Raumzeit aus – und ein riesiges Messgerät ermöglicht es, die Struktur des Universums zu erkunden. Dies könnte bald Realität werden, wenn die Raumantenne LISA ihren Betrieb aufnimmt. UZH-Forschende zeigen nun, dass LISA auch Aufschluss über die schwer fassbaren Partikel der Dunklen Materie geben könnte.

Dank der Laserinterferometer-Raumantenne (LISA) können Astrophysiker Gravitationswellen be-obachten, die von Schwarzen Löchern ausgesendet werden. Diese Schockwellen entstehen, wenn Schwarze Löcher zusammenstossen oder sich gegenseitig schlucken. Das Weltraumprojekt LISA wird aus drei Raumsonden bestehen, die in einer konstanten Dreiecksformation um die Sonne kreisen und durch Laserstrahlen miteinander verbunden sind. Durchlaufen Gravitations-wellen die Schenkel des Dreiecks, kommt es zu minimalen Verzerrungen des Laserstrahls, welche die Messgeräte erkennen und aufzeichnen. So wird LISA neue Erkenntnisse über das Universum ermöglichen und dazu beitragen, bisher unsichtbare Phänomene zu ergründen.

Zwerggalaxien sind natürliche Labore
Forschende des Zentrums für Theoretische Astrophysik und Kosmologie der Universität Zürich haben nun gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Griechenland und Kanada aufgezeigt, dass LISA künftig nicht nur bisher unerforschte Gravitationswellen messen, sondern auch mithelfen könnte, das Mysterium der Dunklen Materie zu ergründen.

Es wird angenommen, dass die Partikel der Dunklen Materie etwa 85 Prozent der gesamten Struktur des Universums ausmachen. Die Existenz dieser Partikel ist aber immer noch hypothe-tisch – genau so wie deren Beschaffenheit noch immer im Dunkeln liegt. Berechnungen zeigen jedoch, dass viele der um sich selbst drehenden Galaxien auseinander gerissen würden, wenn sie nicht durch viel Dunkle Materie zusammengehalten würden.

Das gilt besonders für Zwerggalaxien. Diese kleinen, nicht sehr hell leuchtenden Galaxien kom-men im Universum am häufigsten vor. Das macht sie für Astrophysiker zu natürlichen Labors für die Erforschung der schwer fassbaren Dunklen Materie.

Schwarze Löcher und Dunkle Materie sind verbunden
Wie die Forschenden in “Astrophysical Journal Letters” berichten, lieferten die hochauflösenden Computersimulationen von Tomas Ramfal, Doktorand am Institut für Computational Science der Universität Zürich, überraschende Ergebnisse zur Geburt von solchen Zwerggalaxien. Das Zür-cher Forscherteam berechnete das Zusammenspiel von Dunkler Materie, Sternen und den zent-ralen Schwarzen Löchern innerhalb der Galaxien und entdeckte einen starken Zusammenhang: Je mehr Schwarzen Löcher miteinander fusionieren, desto grösser ist die Menge an Dunkler Ma-terie im Zentrum der Zwerggalaxien. Die Gravitationswellen, die von diesen zusammenschmel-zenden Löchern ausgesendet werden, könnten daher auch Hinweise auf die Beschaffenheit der hypothetischen Partikel der Dunklen Materie geben.

Diese neu gefundene Verbindung zwischen Schwarzen Löchern und Dunkler Materie wurde nun erstmals mathematisch beschrieben. Dies sei kein Zufallstreffer, betont Gruppenleiter Lucio Mayer von der Universität Zürich: “Dunkle Materie ist charakteristisch für Zwerggalaxien. Wir vermuteten daher schon lange, dass Dunkle Materie auch einen wichtigen Einfluss auf die Zusammenset-zung des Kosmos hat.”

 

 

 

 

 

(Aussender/Quelle: Universität Zürich)

 

Über das Titelbild: This illustration shows Earth surrounded by filaments of dark matter called “hairs,” which are proposed in a study in the Astrophysical Journal by Gary Prézeau of NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California. A hair is created when a stream of dark matter particles goes through the planet. According to simulations, the hair is densest at a point called the “root.” When particles of a dark matter stream pass through the core of Earth, they form a hair whose root has a particle density about a billion times greater than average. The hairs in this illustration are not to scale. Simulations show that the roots of such hairs can be 600,000 miles (1 million kilometers) from Earth, while Earth’s radius is only about 4,000 miles (6,400 kilometers) (NASA)

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