Zu viele Positronen in der kosmischen Strahlung

Satellitenmessungen zeigen bei hohen Energien mehr Antiteilchen als die theoretischen Modelle vorhersagen - der Zerfall Dunkler Materie könnte die Ursache sein

Satellit mit Pamela-Experiment
Satellit mit Pamela-Experiment

Rom (Italien) - Aus den Tiefen des Weltalls gelangen ständig hochenergetische Teilchen zur Erde. Diese kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen und größeren Atomkernen, enthält aber auch Elektronen und Positronen, die elektrisch positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen. Messungen mit einem Satellitenexperiment zeigen, dass die kosmische Strahlung bei hohen Energien deutlich mehr Positronen enthält, als die Modelle für die Entstehung dieses Strahlungsanteils vorhersagen. Der Positronen-Überschuss könnte durch Neutronensterne oder Schwarze Löcher in unserer näheren kosmischen Nachbarschaft verursacht werden - aber auch ein Hinweis auf den Zerfall von Teilchen der mysteriösen Dunklen Materie sein.

Das internationale Detektor-Experiment "Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics", kurz Pamela, zur Untersuchung der kosmischen Strahlung war am 15. Juni 2006 als Teil eines russischen Forschungssatelliten ins All gestartet und umkreist seither die Erde. Die jetzt im Fachblatt "Nature" präsentierten Ergebnisse basieren auf Messungen zwischen Juli 2006 und Februar 2008. In dieser Zeit registrierte Pamela insgesamt rund eine Milliarde Ereignisse, davon 151.672 Elektronen und 9430 Positronen im Energiebereich von 1,5 bis 100 Giga-Elektronenvolt.

Als Hauptquelle dieser Antiteilchen gilt die Wechselwirkung zwischen Atomkernen in der kosmischen Strahlung und dem Gas, das sich zwischen den Sternen befindet. Doch während bei einer solchen sekundären Produktion eine Abnahme des Positronen-Anteils mit wachsender Energie zu erwarten wäre, zeigen die Pamela-Daten im Gegensatz dazu einen deutlichen Anstieg. Es müsse also, so folgern die Wissenschaftler, zusätzlich eine zweite Positronenquelle geben.

Mögliche Kandidaten dafür wären einerseits Neutronensterne und Schwarze Löcher in unserer näheren kosmischen Umgebung. Andererseits könnten Elektronen und Positronen aber auch beim Zerfall von Teilchen der Dunklen Materie entstehen. Etwa 80 Prozent der Materie im Kosmos besteht nach heutigen Erkenntnissen aus bislang unbekannten Elementarteilchen. Der Positronen-Überschuss könnte also Hinweise darauf liefern, woraus die Dunkle Materie besteht. Die Forscher hoffen, dass weitere Messungen mit Pamela schon bald eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Möglichkeiten der Positronen-Produktion erlauben.