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    Weltraumforschung: Zehn Jahre „anomaler PAMELA-Effekt“

    © NASA . CXC/M. Weiss
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    Am 15. Juni 2006 wurde vom Weltraumbahnhof Baikonur der russische Satellit „RESURS DK-1“ mit dem Gerät PAMELA an Bord gestartet. Ein einmaliges Magnetspektrometer wurde bei einem internationalen Projekt von Wissenschaftlern aus Russland, Italien, Schweden, Deutschland im Rahmen des russisch-italienischen Programms RIM entwickelt.

    Über die wichtigsten Ergebnisse des Projekts berichtete der Leiter von der russischen Seite und Direktor des Instituts für Weltraumphysik der Universität für nukleare Forschung MEPhI, Arkadi Galper.

    Herr Galper, welche Ziele werden beim Projekt PAMELA verfolgt?

    Das Hauptziel ist die Erforschung der Ströme von Antiteilchen (Positronen und Antiprotonen) auf einem erdnahen Orbit, die zur primären Weltraumstrahlung gehören. Solche Teilchen entstehen bei verschiedenen Prozessen im Universum. Vielleicht entstehen diese Antiteilchen bei Annihilation der Teilchen der Dunkelmaterie. Ich erkläre: Sie wird als „dunkel“ bezeichnet, nicht weil sie schwarz, sondern weil sie unsichtbar ist, keine Elektromagnetstrahlungen schafft und trübe ist. Sie zeigt sich nur bei Gravitationswechselwirkung.

    Allerdings ist es sehr wichtig, ihre Natur zu verstehen. Warum? Heute wissen wir genau, dass unser Universum zu 25 Prozent aus Dunkelmaterie besteht. Kenntnisse über ihre Natur und Zusammensetzung spielen eine große Rolle beim Verständnis der Herkunft und Entwicklung des Weltalls.

    © NASA . ESA, L. Calcada
    Fäden dunkler Materie im Gestirn Fuhrmann. Aufnahmen des Hubble-Teleskops

    Wie wurde die Suche nach den Antiteilchen organisiert?

    Die Untersuchungen erfolgten mithilfe des Präzisions-Magnetspektrometer PAMELA, das an Bord eines russischen Naturwissenschaftssatelliten in einem speziellen hermetischen Container installiert war. Während der Messungen wurde PAMELA mit ihrer sensiblen Achse zum Zenit gerichtet, was ununterbrochene Beobachtungen der Weltraumstrahlung beim Funktionieren des Satelliten im Orbit ermöglichte. Zum ersten Mal forschten wir unter den Bedingungen des Weltraums, im Laufe von fast zehn Jahren, mithilfe nur eines Gerätes, mit geringen methodischen und statistischen Fehlern die Energiespektren von Antiteilchen (Antiprotonen, Positronen).

    Wie sind die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit in diesen Jahren?

    Seit 15. Juni 2006 haben wir kontinuierlich die Daten der Weltraumteilchen (vom Elektronen und Positronen, Protonen und Antiprotonen und leichten Kernen) gemessen. Bei einer detaillierten Analyse der Materialien der ersten Etappe der Messungen wurde festgestellt, dass der Strom von Positronen sich nicht so verhält, wie dies bei theoretischen Berechnungen prognostiziert worden war. Da wurde verstanden, dass dies vielleicht mit den hypothetischen Teilchen WIMPs verbunden ist, aus denen die Dunkelmaterie voraussichtlich besteht. Bei dem Aufprall aufeinander können die WIMPs annihilieren, also verschwinden, indem sie sich in bekannte Teilchen verwandeln, beispielsweise Protonen bzw. Antiprotonen, Elektronen und Positronen. Doch bei den Messungen mit dem Magnetspektrometer PAMELA wurde klar, dass die WIMPs auch selbstständig zerfallen können und sich in Teilchen verwandeln. Diese Erscheinung wurde von Wissenschaftlern als „anomaler PAMELA-Effekt“ bezeichnet. Neben dem Start des weltweitgrößten Teilchenbeschleunigers LHC wurde unsere Studie in der Schweiz von der American Physical Society als größtes Ereignis 2008 bezeichnet.

    Ein Artikel einer Gruppe von Wissenschaftlern, Teilnehmern unseres Projektes, lag fast ein Jahr lang in der Redaktion der ältesten und angesehensten Wissenschaftszeitschrift „Nature“. Allerdings wurde er 2009 veröffentlicht. Unser Werk erhielt mehrere tausend Links in der Wissenschaftsliteratur. Das ist ein hervorragender wissenschaftliches und technisches Ergebnis. Später wurden die Angaben, die 2008 mit dem Magnetspektrometer PAMELA gemacht wurden, zweimal mit Experimenten im Weltraum bestätigt – mit dem Gamma-Teleskop Fermi/Lat und mit dem Magnetspektrometer AMS-02. Der Satellit RESURS DK/1 wurde im Februar außer Betrieb gesetzt. Er funktionierte dreimal länger als geplant gewesen war. Die Erforschung der Teilchen der Dunkelmaterie wird im Projekt Gamma-400 von Wissenschaftlern des Lebedew-Instituts für Physik und der Universität für nukleare Forschung MEPhI fortgesetzt.

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    Tags:
    Projekt PAMELA, Nationale Universität für Nuklearforschung (MEPhi), Arkadi Galper