Binäres Modell der Dunklen Materie erklärt Gammastrahlung des Galaktischen Zentrums und das „Schweigen“ von Zwerggalaxien

Ein neues theoretisches Konzept legt nahe, dass die Dunkle Materie, die rund 85 % der Masse des Universums ausmacht, nicht aus einem einzelnen Teilchen besteht, sondern ein binäres System aus zwei unterschiedlichen Komponenten sein könnte. Diese Hypothese zielt darauf ab, langjährige beobachtete Widersprüche aufzulösen, die monolithische Modelle der Dunklen Materie – etwa auf Basis schwach wechselwirkender massereicher Teilchen (WIMPs) – infrage gestellt haben.

Im Rahmen der Standardvorstellungen zu WIMPs, die als einer der fundiertesten Kandidaten für die Dunkle Materie gelten, wird angenommen, dass sie ausschließlich über die Gravitation und die schwache Kernkraft interagieren. Da jedoch überzeugende Belege für WIMPs, unter anderem vom Large Hadron Collider, bislang fehlen, rücken alternative Modelle zunehmend in den Fokus. Die entscheidende Neuerung des Modells der „dSph-phoben Dunklen Materie“ besteht darin, dass das Verhalten der Dunklen Materie offenbar von der Umgebung abhängt und variiert, je nach lokaler Dichte und den wirkenden Gravitationskräften. Das Modell postuliert, dass für den Nachweis indirekter Signale, wie etwa die Emission von Gammastrahlen, die gleichzeitige Anwesenheit und Interaktion beider Komponenten der Dunklen Materie erforderlich ist, was letztlich deren Annihilation bewirkt.

Forscher, darunter Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper und Gordan Krnjaic, entwickelten diese Theorie mit Unterstützung von Institutionen wie dem Fermilab. Die Veröffentlichung ihrer Arbeit unter dem Titel „dSph-phobic dark matter“ erschien am 9. April 2026 im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP). Diese binäre Struktur liefert eine direkte Erklärung für das Rätsel des Gammastrahlungsüberschusses im Galaktischen Zentrum (GCE) – ein unerklärlicher Anstieg der Gammastrahlen, der vom Fermi-Weltraumteleskop registriert wurde. Dieser Überschuss, der sich als Ansammlung von Photonen in einer sphärischen Region um die Scheibe der Milchstraße zeigt, konnte zuvor nur durch die Annihilation Dunkler Materie erklärt werden; sein Fehlen in zwergsphäroidalen (dSph) Galaxien stellte jedoch trotz deren hoher Dichte an Dunkler Materie einen gravierenden Widerspruch dar.

Zwerggalaxien gelten als ideale „Labore“ zur Überprüfung der Hypothese, da sie arm an Gas und jungen Sternen sind, was das Hintergrundrauschen durch Pulsare oder Schwarze Löcher minimiert. Das Modell der „dSph-phoben Dunklen Materie“ löst diese Diskrepanz auf, indem es davon ausgeht, dass unter den Bedingungen hoher Dichte und starker Gravitation im Galaktischen Zentrum eine gemeinsame Annihilation beider Komponenten stattfindet, welche die beobachtete Gammastrahlung erzeugt. Gleichzeitig könnte das flachere Gravitationspotential von Zwerggalaxien verhindern, dass die notwendige kinetische Energie für die Ko-Annihilation leichterer mit schwereren Teilchen erreicht wird, wodurch das nachweisbare Signal unterdrückt bleibt. Gordan Krnjaic vom Fermilab merkt an, dass man bei der Korrektheit der Theorie eines einzelnen Typs Dunkler Materie auch in anderen Regionen mit hoher Konzentration dieser Substanz ähnliche Emissionen beobachten müsste.

Die Bestätigung dieser ökologischen Abhängigkeit, also der Abhängigkeit von lokalen Bedingungen, hängt von den Ergebnissen künftiger astronomischer Durchmusterungen ab. Die Euclid-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gilt als entscheidender Test für diese Theorie, wobei umfassende kosmologische Daten für Oktober 2026 erwartet werden. Das im Juli 2023 gestartete Euclid-Teleskop nutzt die Methode des Gravitationslinseneffekts, um eine dreidimensionale Karte der Verteilung der Dunklen Materie zu erstellen, indem es Lichtverzerrungen von Milliarden Galaxien aus einem Zeitraum von 10 Milliarden Jahren kosmischer Geschichte misst. Bis zum Ende seiner sechsjährigen Mission soll Euclid über 1,5 Milliarden Galaxien erfassen, was es ermöglichen wird, entweder das binäre Modell zu bestätigen oder Alternativen wie Signalen von Millisekundenpulsaren den Vorzug zu geben. Wissenschaftler erwarten, dass künftige Euclid-Daten zur Klärung beitragen werden, ob Zwergsysteme tatsächlich Gammastrahlung emittieren – ein Schlüsselaspekt für die Überprüfung dieser Hypothese.