Dunkle Materie macht etwa 70 bis 80 Prozent der gesamten Masse im Universum aus. Sie übertrifft die normale Materie, aus der Sterne, Planeten und Schwarze Löcher bestehen. Trotz ihrer Fülle bleibt die dunkle Materie schwer fassbar und ist mit herkömmlichen Mitteln nicht nachweisbar. Wissenschaftler*innen vermuten ihre Existenz aufgrund von Gravitationseffekten auf sichtbare Objekte. Diese mysteriöse Substanz beeinflusst die Bewegung himmlischer Körper und deutet auf mehr Masse hin, als beobachtet werden kann. Einen neuen Hinweis darauf könnte nun der Planet Jupiter liefern.

Jupiter: So will man dunkle Materie finden

Carlos Blanco von den Universitäten Princeton und Stockholm sowie Rebecca Leane vom National Accelerator Laboratory des Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) und der Stanford University schlagen vor, dass dunkle Materie innerhalb unseres Sonnensystems nachweisbar sein könnte. Konkret erwarten sie sie in der Atmosphäre des Jupiters. Sie vermuten, dass ein Infrarot-Glühen auf der Nachtseite des Jupiters durch Wechselwirkungen mit dunkler Materie verursacht werden könnte. Triwasserstoff-Kationen (H3+), geladene Wasserstoffionen, sind in der Atmosphäre des Jupiters reichlich vorhanden. Normalerweise erzeugen kosmische Prozesse wie Sonnenstrahlung H3+-Ionen, aber ein Überschuss könnte auf dunkle Materie hinweisen.

Dunkle Materie-Partikel könnten miteinander kollidieren und sich gegenseitig vernichten, wobei ionisierende Strahlung entsteht. Diese Strahlung kann zusätzliche H3+-Ionen erzeugen, die durch ihr Infrarotsignal nachweisbar sind. Der massive Planet mit einem kühlen Kern diene als effizienter Fallensteller für dunkle Materie-Partikel, erklärten die Forschenden im Rahmen ihrer Studie. Das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) der Cassini-Raumsonde könnte dieses Signal während seines Vorbeiflugs erfasst haben.

Blanco und Leane analysierten VIMS-Daten aus der Äquatorialregion des Jupiters bei Nacht. Sie wollten Störungen durch Sonnenstrahlung und Polarlichter minimieren. Obwohl sie keinen Überschuss an H3+ fanden, verfeinerten ihre Untersuchungen des Jupiters das Verständnis des Verhaltens dunkler Materie. Die Forschung lieferte wichtige Einschränkungen für zukünftige Nachweise dunkler Materie.

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„Zukünftige hochpräzise Messungen“

Der gravitative Einfluss dunkler Materie deutet auf ihre Existenz hin, selbst wenn der direkte Nachweis schwierig ist. Objekte im Universum bewegen sich, als ob sie von mehr Masse beeinflusst würden, als sichtbar ist. Indem die gravitative Wirkung normaler Materie subtrahiert wird, schätzen Wissenschaftler*innen die Menge der dunklen Materie. Die Methode von Blanco und Leane bietet einen neuen Ansatz zur Untersuchung von Wechselwirkungen dunkler Materie.

„Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass dunkle Materie in Planetenatmosphären ionisierende Strahlung erzeugen kann, die durch einen rauchenden Überschuss an atmosphärischen Trihydrogenkationen nachweisbar ist“, so das Duo. „Die atmosphärische Ionisierung der dunklen Materie kann bei Jovian-Exoplaneten durch zukünftige hochpräzise Messungen von Planetenspektren nachgewiesen werden.“

Quelle: „Search for dark matter ionization on the night side of Jupiter with Cassini“ (Physical Review Letters, 2024)

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