Ursache für Positronenüberschuss bleibt unklar

Weltraumexperimente zeigen, dass weit mehr Positronen – also positiv geladene Antiteilchen der Elektronen – aus dem Kosmos zur Erde gelangen als erwartet. Als Ursache für den Überschuss dieser Teilchen vermuteten Astronomen bislang schnell rotierende Neutronensterne, sogenannte Pulsare. Doch die Strahlung der beiden erdnächsten Pulsare kann den Überschuss an Positronen nicht erklären, berichten Wissenschaftler nun im Fachblatt „Science“. Anders als von einigen theoretischen Modellen vermutet, bremsen Gaswolken um die Pulsare die Positronen so stark ab, dass nur wenige davon zur Erde gelangen.

„Unsere Analyse liefert keine Unterstützung für die Annahme, dass die beiden nahen Pulsare für den von den Weltraumexperimenten PAMELA und AMS nachgewiesenen Positronenüberschuss verantwortlich sind“, sagt Petra Hüntemeyer von der Michigan Technology University in den USA. Die Forscher nutzten für ihre Studie das High-Altitude Water Cerenkov Gamma-ray Observatory, das erstmals eine Weitwinkelbeobachtung der kosmischen Quellen hochenergetischer Gammastrahlung ermöglicht. Die Detektoranlage in Mexiko besteht unter anderem aus über 300 großen Wassertanks, mit denen die Forscher sogenannte Sekundärteilchen nachweisen können, die beim Eindringen hochenergetischer Gammastrahlung in die Erdatmosphäre entstehen.

„Das große Gesichtsfeld erlaubt bislang einzigartige Messungen der Diffusion von Teilchen in der Umgebung von Pulsaren“, erläutert Teammitglied Hao Zhou vom Los Alamos National Laboratory in den USA. Die neuen Beobachtungen zeigen, dass zu wenige Positronen die Gaswolken um die Pulsare mit ausreichender Geschwindigkeit durchdringen, um zur Erde zu gelangen. Der Positronenüberschuss könnte also eine exotischere Ursache haben, schließen die Forscher. Damit verweisen sie auf eine seit der Entdeckung des Überschusses diskutierte alternative Erklärung: Die Positronen könnten durch den Zerfall von Teilchen der bislang rätselhaften Dunklen Materie entstehen.

Allerdings mahnen Hüntemeyer und ihre Kollegen zur Vorsicht: Vielleicht gibt es weitere, noch unentdeckte nahe Pulsare, die ausreichend Positronen liefern. Auch bislang unbekannte physikalische Prozesse bei der Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit der interstellaren Materie könnten den Überschuss erklären. Denn als Hauptquelle kosmischer Positronen sahen Astronomen ursprünglich die Wechselwirkung zwischen Atomkernen in der kosmischen Strahlung und dem Gas, das sich zwischen den Sternen befindet.