Rätselhaftes Leuchten im Herzen der Milchstraße: Dunkle Materie bleibt bei Gammastrahlung weiterhin im Rennen

Es beschäftigt die Astrophysik seit mehr als einem Jahrzehnt: ein schwaches, aber weit ausgedehntes Leuchten aus Gammastrahlen im Zentrum der Milchstraße. Das Phänomen namens Galactic Centre Excess (GCE) erstreckt sich über Tausende von Lichtjahren rund um das galaktische Zentrum. Seine Herkunft gilt bis heute als ungeklärt.

Nun hat ein internationales Forschungsteam des Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA und der Universität Wien das Signal neu untersucht. Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurden, sprechen dafür, dass sich das Phänomen durch Dunkle Materie erklären lässt – wie es auch bereits länger diskutiert wurde.

Ursachenforschung bleibt schwierig

Der Galactic Centre Excess zählt zu den komplexesten Beobachtungen der modernen Astrophysik. Einerseits könnte das Signal von Dunkler Materie stammen, deren Teilchen sich gegenseitig vernichten und dabei Gammastrahlung erzeugen.

Andererseits könnte auch eine große Population sogenannter Millisekundenpulsare die mögliche Quelle dafür sein. Dabei handelt es sich um schnell rotierende Neutronensterne, die ebenfalls hochenergetische Strahlung aussenden.

„Die Interpretation des Signals ist besonders schwierig, da das galaktische Zentrum ein sehr dichter und außergewöhnlich heller Bereich des Gammastrahlenhimmels ist“, erklärt Studienautor Florian List vom Institut für Astrophysik der Universität Wien.

Für ihre Untersuchung entwickelten die Forschenden ein Machine-Learning-Verfahren, das mit mehr als einer Million simulierten Gammastrahlenbeobachtungen trainiert wurde. Dabei wurde erstmals nicht nur untersucht, wie sich die Strahlung räumlich verteilt, sondern auch, welche Energie jedes einzelne registrierte Photon besitzt.

Gerade dieser zusätzliche Informationsgehalt hat die Ergebnisse letztlich verändert. Frühere statistische Untersuchungen hatten darauf hingedeutet, dass zahlreiche bisher nicht aufgelöste Punktquellen – also einzelne Objekte wie Pulsare – für das Leuchten verantwortlich sein könnten.

Diese vermuteten Quellen müssten demnach außergewöhnlich lichtschwach sein. „Unsere neue Analyse zeigt, dass die Sterne so schwach sein müssten, dass sie im Endeffekt kaum noch von der Emission, die es bei annihilierender dunkler Materie gäbe, zu unterscheiden wären“, sagt Nick Rodd vom Lawrence Berkeley National Laboratory.

Tausende Pulsare nötig

Für die Pulsar-Hypothese bedeutet das: Um das beobachtete Signal vollständig zu erklären, müssten sich im Zentrum der Milchstraße mindestens 35.000 solcher schwachen Quellen befinden. Das liegt weit über früheren Schätzungen, die lediglich einige Hundert bis wenige Tausend Millisekundenpulsare angenommen hatten.

Damit verliert eines der stärksten Argumente gegen die Dunkle-Materie-Erklärung an Gewicht. „Der Ursprung des Galactic Centre Excess gehört zu den langlebigsten Debatten der Astrophysik“, erklärt Florian List. „Unsere Arbeit zeigt nicht, dass Dunkle Materie für das Signal verantwortlich ist. Sie legt jedoch nahe, dass es noch zu früh ist, diese Möglichkeit auszuschließen.“

Die Herkunft des rätselhaften Gammastrahlen-Leuchtens bleibt damit offen. Fest steht jedoch, dass die Ursachenforschung durch moderne KI-Methoden neuen Schwung erhalten hat – und die Dunkle Materie weiterhin ein ernstzunehmender Kandidat ist.