Produziert Dunkle Materie die kosmischen Positronen?

Hochenergetische Positronen aus dem Weltall sind möglicherweise Zerfallsprodukte der rätselhaften Dunklen Materie. Das zeigt die Auswertung von insgesamt 41 Billionen Teilchen der kosmischen Strahlung, die das Weltraumexperiment AMS auf der Internationalen Raumstation ISS registriert hat. Die Energieverteilung der Positronen sei in Einklang mit theoretischen Vorhersagen über die Dunkle Materie, so die Forscher des AMS-Teams im Fachblatt „Physical Review Letters“.

„Seit einem Jahrhundert beobachten wir die kosmische Strahlung“, erklärt Samuel Ting, der Sprecher des AMS-Projekts, „nun liegt die erste Beobachtung des Maximums in der Energieverteilung der Positronen vor.“ Als kosmische Strahlung bezeichnen die Forscher energiereiche Elementarteilchen – vor allem Protonen – die aus dem Weltall auf die Erde treffen. Vor fünf Jahren stieß der Forschungssatellit Pamela auf einen unerklärten Überschuss an Positronen in dieser Strahlung. Positronen sind die positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen.

Diesen Überschuss konnte das AMS-Experiment bereits kurz nach seiner Inbetriebnahme 2011 bestätigen. Unklar blieb die Herkunft der Positronen. Zwar können Neutronensterne mit starken Magnetfeldern – sogenannte Pulsare – Paare von Elektronen und Positronen erzeugen. Doch die Gleichmäßigkeit, mit der die Positronen aus allen Richtungen zur Erde kommen, spricht nach Ansicht vieler Forscher für eine weit aufregendere Erklärung: Es könnte sich bei den Positronen um Zerfallsprodukte der Dunklen Materie handeln.

Diese Erklärung ist jetzt noch wahrscheinlicher geworden. Die nun veröffentlichten Messungen des AMS-Detektors zeigen ein Maximum des Positronenüberschusses bei einer Energie von etwa 275 Gigaelektronenvolt. Dieses Ergebnis sei, so die AMS-Forscher, in guter Übereinstimmung mit der Annihilation von Teilchen der Dunklen Materie mit einer Masse von einem Teraelektronenvolt. Entscheidend ist nun, wie die Zahl der Positronen jenseits des Maximums abnimmt. Die theoretischen Modelle für die Dunkle Materie machen hier ganz andere Vorhersagen als andere astrophysikalische Erklärungen. Mit weiteren Messungen dringt das AMS-Team nun in diesen Energiebereich vor. Die Frage, ob die Dunkle Materie den Positronenüberschuss produziert, dürfte also schon bald beantwortet werden.