Däischter Matière am Zentrum vun eiser Heemechtsgalaxis 

De Fermi-Teleskop huet kloer Observatioune vun enger iwwerschësseger γ-Stralenemissioun am Zentrum vun eiser Heemechtsgalaxis gemaach, déi net-sphäresch a plattgedréckt ausgesinn huet. Dësen iwwerschëssege γ-Stral, deen als Galakteschen Zentrumsiwwerschoss (GCE) bezeechent gëtt, ass e méiglechen Zeeche vun donkeler Matière, déi als Produkt vun der Selbstannihilatioun vu schwaach interagéierende massive Partikelen (WIMPs), e Kandidat fir donkel Matière-Partikelen, entsteet. Wéi och ëmmer, den iwwerschëssege γ-Stral, deen am galakteschen Zentrum observéiert gouf, kéint och op al Millisekonnepulsare (MSPs) zréckzeféieren sinn. Bis elo gouf ugeholl, datt d'GCE-Morphologie wéinst donkeler Matière (DM) sphäresch wier. Eng rezent Simulatiounsstudie weist, datt d'Gammastralemorphologie wéinst DM bedeitend net-sphäresch a plattgedréckt kéint sinn. Dëst bedeit, datt souwuel d'Annihilatioun vun donkeler Matière (DM) wéi och d'Hypothesen iwwer Millisekonnepulsare (MSPs) fir déi observéiert GCE gläichermoossen méiglech sinn. D'Gammastralen, déi bei der Annihilatioun vun donkeler Matière (DM) produzéiert ginn, hätten en extrem héijen Energieniveau vun ongeféier 0.1 Teraelektronvolt (TeV). Déi üblech Gammastraleteleskope kënnen dës héichenergetesch Photonen net direkt detektéieren. Dofir wier d'Bestätegung vum Modell vun der donkeler Matière (DM) vum Galactic Center Excess (GCE) méiglech nodeems d'Studien duerch Tera-γ-Strahlenobservatoiren wéi de Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) an de Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) ofgeschloss goufen.

D'Geschicht vun der donkeler Matière huet am Joer 1933 ugefaangen, wéi de Fritz Zwicky observéiert huet, datt déi séier bewegend Galaxien am Coma-Stärekoup net zesummehale kënnen a stabil bleiwe kënnen ouni d'Präsenz vun zousätzlecher Matière, déi iergendwéi onsichtbar ass, awer en adäquaten Gravitatiounseffekt huet, fir ze verhënneren, datt Galaxien ausernee falen. Hie huet de Begrëff "donkel Matière" geprägt, fir sou onsichtbar Matière ze bezeechnen. An den 1960er Joren huet d'Vera Rubin e wichtege Bäitrag zu eisem Verständnis vun der donkeler Matière geleescht. Si huet festgestallt, datt d'Stären un de baussenzege Ränner vun Andromeda an anere Galaxien sech mat enger Geschwindegkeet gedréint hunn, déi sou séier war wéi d'Geschwindegkeete vun de Stären a Richtung Zentrum. Fir déi gegeben Zomm vun all observéierter Matière hätt d'Galaxis ausernee gefall solle sinn, wat d'Präsenz vun zousätzlecher onsichtbarer Matière noutwendeg gemaach huet, déi d'Galaxien zesummenhält a se dozou bréngt, mat héijer Geschwindegkeet ze rotéieren. Hir Miessunge vun de Rotatiounskurve vun der Andromeda-Galaxis hunn déi fréist Beweiser fir donkel Matière geliwwert.  

Elo wësse mer, datt donkel Matière net mat Liicht oder elektromagnetescher Kraaft interagéiert. Si absorbéiert, reflektéiert oder emittéiert kee Liicht oder aner elektromagnetesch Stralung a ass onsichtbar, dofir gëtt si als donkel bezeechent. Awer si gruppéiert sech duerch d'Gravitatioun an huet e gravitativen Effekt op normal Matière, an esou gëtt hir Präsenz am Weltraum allgemeng ugeholl. Galaxien gi vum Gravitatiounseffekt vun der donkeler Matière am Gläichgewiicht zesummegehalen, déi bis zu 26.8% vum Masseenergieinhalt vum Universum ausmécht, während dat ganzt observéierbart Universum, inklusiv all déi baryonesch normal Matière, aus där mir all zesummegesat sinn, nëmmen 4.9% vum Universum ausmécht. Déi reschtlech 68.3% vum Masseenergieinhalt vum Universum ass donkel Energie.  

Et ass net bekannt, wat donkel Matière wierklech ass. Keng fundamental Partikelen an der ... Standardmodell hunn Eegeschafte fir donkel Matière ze sinn. Vläicht bilden hypothetesch "supersymmetresch Partikelen", déi Partner vun de Partikelen am Standardmodell sinn, donkel Matière. Vläicht gëtt et eng parallel Welt vun donkeler Matière. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), Axionen oder steril Neutrinoen sinn hypothetiséiert Partikelen ausserhalb vum Standardmodell, déi féierend Kandidaten sinn. Bis elo gouf awer nach keen Erfolleg bei der Detektioun vun esou Partikelen erreecht.  

Et gëtt verschidde Projeten (wéi z.B. XENON-Experiment, DarkSide-20k Projet, EURECA Rezeptexperiment, an RES-NOVA) gëtt de Moment fir d'direkt Detektioun vun donkeler Matièrepartikelen entwéckelt. Dëst sinn haaptsächlech flësseg Edelgasdetekteren oder kryogen Detekteren, déi entwéckelt sinn, fir schwaach Signaler aus Interaktioune vun donkeler Matièrepartikelen z'entdecken. Trotz ville neien Approchen konnt awer nach kee Projet direkt iergendeng donkel Matièrepartikel detektéieren. 

Fir indirekt Beweiser fir d'Donkel Matière kann een no gravitativen Effekter vun der donkeler Matière sichen, wéi de Fritz Zwicky an d'Vera Rubin et gemaach hunn, fir d'Donkel Matière z'entdecken, andeems si studéiert hunn, wéi Galaxien zesummegehale ginn, obwuel se iwwerproportional héich Geschwindegkeete fir déi observéiert normal Matière hunn. D'Gravitatiounseffekter vum Lënsen (Béien vum Liicht) an d'Effekter op d'Beweegung vu Stären am Weltraum kënnen och indirekt Beweiser fir d'Präsenz vun donkeler Matière liwweren. Zousätzlech kënnen Annihilatiounsprodukter (wéi Gammastralen, Neutrinoen a kosmesch Stralen), déi entstinn, wa Partikelen vun donkeler Matière am Weltraum matenee kollidéieren, och op d'Präsenz vun donkeler Matière hiweisen. Eng sou Plaz, wou donkel Matière op Basis vu Produkter vun der Annihilatioun vun Partikelen vun donkeler Matière virausgesot gouf, ass den Zentrum vun eiser Heemechtsgalaxis Mëllechstrooss.  

Detektioun vun donkeler Matière am Zentrum vun eiser Heemgalaxis Mëllechstrooss  

Et gouf Hiweiser op en exzessiven diffusten Mikrowellen-Zentralglühen am Zentrum vun der Mëllechstrooss (MW). Et gouf ugeholl, datt den exzessive Glanz op d'Synchrotronenemissioun vu relativisteschen Elektronen a Positronen zréckzeféieren ass, déi bei der WIMP-Annihilatioun vun donkeler Matière generéiert goufen, dofir gouf en ausgedehnten diffusten γ-Stralensignal am Energieberäich bis zu e puer honnert GeV virausgesot. Duerno huet de Fermi-Large Area Telescope (LAT) de γ-Stralensignal detektéiert, deen als de Galactic Centre Excess (GCE) identifizéiert gouf. Séier gouf erkannt, datt de Galactic Centre Excess (GCE) och op al Neutronestäre (Millisekonnepulsare) zréckzeféiere kéint sinn. Et gouf ugeholl, datt d'Morphologie vum GCE wichteg wier - e symmetresche sphäreschfërmegen GCE wier en Indikatioun fir γ-Stralenemissioun duerch d'Annihilatioun vun donkeler Matière (DM)-Partikelen, während eng ofgeplatt Morphologie vum GCE op γ-Stralenemissioun vu Millisekonnepulsare (MSP) hiweise géif.  

Extensiv Observatioune vum galakteschen Zentrum vun der Mëllechstrooss mam Fermi-Large Area Telescope (LAT) hunn eng ofgeflaacht Asphärizitéit opgedeckt. Normalerweis géif een déi observéiert Asphärizitéit mat ale Stären (MSP) associéieren, awer eng rezent Studie, déi de 16. Oktober 2025 publizéiert gouf, huet festgestallt, datt d'GCE-Morphologien, déi souwuel vun den Annihilatiounsmodeller vun ale Stären (MSP) wéi och vun den Annihilatiounsmodeller vun donkeler Matière (DM) virausgesot ginn, net z'ënnerscheeden sinn.   

Fir d'Verdeelung vun der donkeler Matière ze studéieren, hunn d'Fuerscher eng Simulatioun vun der Morphologie vu MW (Mëllechstrooss)-ähnleche Galaxien duerchgefouert. Si hunn erausfonnt, datt d'Haloen vun den donkelen Matièren ronderëm d'Galaxien, souwéi ronderëm déi zentral Regioune vun de Galaxien, selten sphäresch waren, wéi am anisotrope Modell ugeholl gëtt. Amplaz huet d'Analyse eng ofgeflaacht Projektioun vun der Donkeler Matièredicht fir all Galaxien gewisen. Dës net-axisymmetresch Verdeelung vun der Donkeler Matière (DM) gouf och duerch d'Verschmelzungsgeschicht vun der Mëllechstrooss an den éischten dräi Milliarde Joer an der Geschicht vum Universum gewisen. Déi observéiert Morphologie vun der GCE ass iwwer déi zentral Regioun ofgeflaacht, wat allgemeng als charakteristesch fir d'Verdeelung vun ale Stären (MSP) ugesi gëtt. Déi nei Studie huet gewisen, datt déi donkel Matière (DM) eng ähnlech këschtege Verdeelung generéiert. Dofir sinn souwuel d'Annihilatioun vun den donkelen Matièren (DM) wéi och d'Hypothesen iwwer Millisekonnepulsaren (MSP) fir déi observéiert GCE gläichermoossen méiglech.   

Ob déi observéiert GCE op donkel Matière (DM) oder op Millisekonnepulsare (MSPs) zeréckzeféieren ass, géif bekannt sinn, wann γ-Strahlenobservatoiren wéi de Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) an de Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) hir Tera-Gamma-Strahlenstudien an Zukunft ofschléissen. D'Gammastralen, déi als Annihilatiounsprodukt vun donkeler Matière (DM) am galaktesche Zentrum produzéiert ginn, wieren ultrahochenergie-Photonen mat engem extrem héijen Energieniveau vun ongeféier 0.1 Teraelektronenvolt (TeV). Standard Gammastralenteleskope kënnen dës héichenergie-Photonen net direkt detektéieren. Tera-Gamma-Strahlen wäerten e wichtegt Zil fir zukünfteg γ-Strahlenobservatoiren wéi de CTAO an de SWGO sinn.  

Dës Studie ass e Schrëtt no vir an der Detektioun vun donkeler Matière am Weltraum duerch hir Annihilatiounsprodukter, awer d'Präsenz vun donkeler Matière am galakteschen Zentrum géif an Zukunft vun den ultrahéichenergetischen γ-Strahlen-Observatoiren wéi CTAO oder SWGO bestätegt musse ginn. Vill méi bedeitende Fortschrëtter an der Wëssenschaft vun der donkeler Matière wieren déi direkt Detektioun vun all DM-Partikel.  

*** 

Referenzen:  

1. Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK et al. Nei Approche fir d'Detektioun vun donkeler Matière. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. Misiaszeka M. a Rossib N. 2024. Direkt Detektioun vun donkeler Matière: eng kritesch Iwwerpréiwung. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. Instituto de Física Corpuscular. Op der Sich no donkeler Matière: eng nei Approche fir dat Onsichtbaart z'entdecken. 22. August 2025. Verfügbar ënner https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. Muru MM, et al. 2025. Fermi-LAT Galakteschen Zentrum Iwwerschossmorphologie vun der donkeler Matière a Simulatioune vun der Mëllechstroossgalaxis. Physical Review Letters. 135, 161005. Verëffentlecht de 16. Oktober 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . Virdruckversioun op arXiv. Agereecht den 8. August 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. Johns Hopkins University. Neiegkeeten – Mysteriéise Glanz an der Mëllechstrooss kéint e Beweis fir donkel Matière sinn. Verëffentlecht de 16. Oktober 2025. Verfügbar ënner https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. Leibniz Institut fir Astrophysik. Neiegkeeten – Mëllechstrooss weist Gammastraleniwwerschoss wéinst der Vernichtung vun donkeler Matière. Verëffentlecht de 17. Oktober 2025. Verfügbar ënner https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. Fermi Gammastralen-Weltraumteleskop. Verfügbar ënner https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. Tscherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). Verfügbar ënner https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. De Southern Wide-Field Gamma-ray Observatory (SWGO). Verfügbar ënner https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. Tartu Observatoire. Däischter Säit vum Universum. Verfügbar ënner https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***