Etwa 2600 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt – astronomisch gesehen ein Katzensprung – lauert ein unsichtbares Objekt mit mehr als der zehnmillionenfachen Masse unserer Sonne. Das zeigen hochpräzise Messungen der Umlaufbahnen und der Rotationsperioden von 53 Pulsaren durch ein Forschungsteam aus den USA. Mit großer Wahrscheinlichkeit handele es sich dabei um einen sogenannten "Subhalo", eine Verdichtung der Dunklen Materie, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Physical Review Letters".
Pulsare sind Neutronensterne – extrem dichte Überreste explodierter Sterne –, die sehr schnell rotieren und ein starkes Magnetfeld besitzen. Entlang der Nord-Süd-Achse seines Magnetfelds sendet ein solcher Neutronenstern stark gebündelt elektromagnetische Strahlung aus – Radiowellen, Licht oder sogar Röntgenstrahlung. Da die Achse des Magnetfelds zumeist gegen die Rotationsachse gekippt ist, streicht dieser gebündelte Strahl ähnlich dem Kegel eines Leuchtturms durchs All. Trifft der Kegel bei seiner Rotation auf die Erde, so empfangen Astronomen regelmäßig eintreffende Strahlungspulse von dem Neutronenstern – daher die Bezeichnung "Pulsare".
Ein unsichtbares Schwergewicht im All
Schon vor fast hundert Jahren stießen Astronomen darauf, dass sich Galaxien viel zu schnell bewegen, um von ihrer Schwerkraft zusammengehalten zu werden. Es muss also zusätzlich zur in Sternen und Gaswolken sichtbaren Materie eine weitere, unsichtbare Form der Materie geben – und zwar sehr viel davon. Gut 80 Prozent der Masse bestehen, so wissen wir heute, aus dieser Dunklen Materie. Diese rätselhafte Substanz besteht vermutlich aus bislang unbekannten Elementarteilchen. Mit zahlreichen Detektoren fahnden Physiker nach diesen mysteriösen Teilchen – doch bislang ohne Erfolg.
Die Dunkle Materie spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Strukturen – Galaxienhaufen und Galaxien – im Kosmos. Nach dem Urknall bildeten sich, so das Standardmodell, zunächst Verdichtungen unterschiedlicher Größe in der Dunklen Materie. Durch die Anziehungskraft sammelte sich in diesen Verdichtungen auch die normale Materie und erste Galaxien entstanden. Auch unsere Milchstraße ist in einen großen Halo aus Dunkler Materie eingebettet.
Spuren im kosmischen Geflecht
Computersimulationen der kosmischen Entwicklung zeigen allerdings, dass auch viele kleinere Verdichtungen der Dunklen Materie – von den Astronomen "Subhalos" genannt – bis heute überleben können. Tatsächlich zeigen Beobachtungen mit großen Teleskopen in einer Reihe von Galaxien Subhalos mit bis zu einer Milliarde Sonnenmassen. "Subhalos in der Milchstraße nachzuweisen ist jedoch eine große Herausforderung und bislang gab es keine definitive Entdeckung", schreiben Sukanya Chakrabarti von der University of Alabama und ihre Kollegen. Das Team präsentiert jetzt ein neues Verfahren, um solche Verdichtungen der Dunklen Materie mithilfe von Pulsaren aufzuspüren.
Wie Chakrabarti und ihre Kollegen erläutern, kann ein Subhalo aus Dunkler Materie die Bewegung von Pulsaren in ihrer Umgebung messbar beeinflussen. Ähnlich wie der Mond Gezeitenkräfte auf die Erde ausübt und so nicht nur Ebbe und Flut erzeugt, sondern langfristig auch die Erdrotation bremst, wirkt auch ein massereicher Subhalo mit seiner Anziehungskraft auf nahe Himmelskörper. Die Gezeitenkräfte verändern dadurch geringfügig die Rotation und die Umlaufbahnen von Pulsaren. Dank der regelmäßigen Radiopulse lassen sich solche Änderungen mit hoher Genauigkeit messen.
Noch viel Forschung notwendig
Die Forscher analysierten die Daten von 53 Pulsaren, für die hochgenaue Messungen vorliegen. In den Veränderungen von Rotation und Umlaufbahnen zeigt sich ein deutlicher Trend, der auf ein Objekt mit bis zu 25 Millionen Sonnenmassen in einer Entfernung von etwa 2600 Lichtjahren hinweist. Wie das Team zeigt, gibt es keinerlei Hinweis auf dichte Gaswolken oder eine Ansammlung von Sternen in dieser Region. Damit komme nach Ansicht des Teams nur eine Verdichtung der Dunklen Materie als Erklärung infrage. Chakrabarti und ihre Kollegen schlagen vor, die Entdeckung beispielsweise mit Messungen von Sternbewegungen in der Region zu überprüfen und so weitere Informationen über die Dunkle Materie zu gewinnen.
