Wir dachten, Hawkings Theorie zum Tod schwarzer Löcher sei bewiesen– aber vielleicht war es doch nur der erste Nachweis von dunkler Materie

Bis heute gibt es keine Einigkeit über ein kosmisches Teilchen, das im Mittelmeer eine gigantische, winzige Explosion ausgelöst hat. Nur die Vermutungen über seine Bedeutung für die moderne Physik übertreffen die Spekulationen über seine Herkunft. (Bildquelle: Pixabay, CharlVera)

2023 krachte es im Mittelmeer: Sensoren in den Untiefen des Wassers zwischen Afrika und Europa registrierten ein Signal, das in Studien als Nachweis des bisher energiereichsten Neutrinos aller Zeiten gedeutet wird.

Schon damals wurde gerätselt, woher dieses Rekord-Teilchen stammen könnte. Nur Wochen nach der Detektion des Signals warfen Forscher eine Theorie in den Raum, dass es sich um einen indirekten Hinweis auf eine legendäre Theorie von Stephen Hawking handeln könnte: Wir könnten den energetischen letzten Schrei eines sterbenden Schwarzen Lochs aufzeichnet haben.

Eine neue Studie vermutet hinter der Aufzeichnung nun aber etwas noch Spektakuläreres: den seit Jahrzehnten gesuchten Beweis für Dunkle Materie.

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Rekord-Neutrino adé, dafür Jahrhundert-Sensation

Das Signal, das 2023 im Mittelmeer aufgezeichnet wurde, erzeugte einen Rekordmesswert. In einem neu erschienen Paper legen die Wissenschaftler die Möglichkeit dar, das wir diesen Wert bisher falsch gedeutet haben.

Bisher galt am wahrscheinlichsten, dass der durch die seltene Wechselwirkung eines Neutrinos mit sichtbarer Materie entstanden ist.

Doch die neue Studie schlägt eine alternative Herkunft vor: Stattdessen könnte es die Reaktion eines einzelnen Teilchens Dunkler Materie gewesen sein, das mit einem Stück sichtbarer Materie kollidiert ist. Aber wo sollte so ein Teilchen herkommen?

Eine Möglichkeit ist der extrem aktive, massereiche Kern einer Galaxie (ein sogenannter Blazar). Träfe das zu, wäre es eine Sensation, auf die die Forschung seit Jahrzehnten wartet: ein messbarer Beweis für die Existenz von Dunkler Materie.

Möglichkeit 1: Ein Rekord-Neutrino

Auch die Theorie, im Mittelmeer die Wechselwirkung mit einem Neutrino gemessen zu haben, ist aufregend, denn auch dessen Herkunft gilt weiterhin als ungeklärt. Eine Möglichkeit wäre, dass es das Überbleibsel eines sogenannten versterbenden primordialen Schwarzen Lochs ist.

Kein Geringerer als Stephen Hawking stellte die Theorie auf, dass diese ältesten Schwarzen Löcher des Universums sogar winziger als Reiskörner sein können. Und auch die verlieren seinen Berechnungen nach innerhalb von Billionen von Jahren an Masse – und das reichlich. Irgendwann geraten sie dann an einen kritischen Punkt an und explodieren.

Je geringer Masse des schwarzen Loches, desto schneller verdampft es durch die sogenannte Hawking-Strahlung.

Möglichkeit 2: Eine Baustelle als Dunkle-Materie-Falle?

Der fragliche Wert wurde von einem noch im Bau befindlichen Sensornetzwerk im Mittelmeer erfasst: In rund 3,5 Kilometer Meerestiefe vor Sizilien und 2,5 Kilometer tief vor der Küste Toulons in Frankreich, entstehen derzeit ARCA und ORCA. Gemeinsam sind sie als KM3NeT bekannt.

Das sind Sensoren, die zum Aufspüren von Neutrinos gedacht sind. Dem neuen Paper zufolge könnte die Sensoranlage unter den richtigen Bedingungen aber auch das Ergebnis einer extrem seltenen Reaktion mit dunkler Materie aufzeichnen.

Den Hauptunterschied von KM3NeT zu anderen Neutrino-Sensoren macht die spezielle Kombination aus Land- und Wassermassen in der Umgebung aus. Denn schon 2023 wunderten sich Experten, weshalb nicht auch bereits fertiggestellte Anlagen wie das IceCube Neutrino Observatory in der Antarktis solche Rekord-Vorfälle eingefangen haben.

Des Rätsels Lösung könnte in dem 2023 ermittelten flachen Winkel liegen. Das angenommene Neutrino bzw. das Teilchen Dunkler Materie traf nämlich nicht senkrecht von oben auf die Erdoberfläche.
Stattdessen streifte es den Planeten mehr, als es durch die Erdkruste und Ozeane flog.

Bei ARCA und ORCA bestanden so dank der kontinentalen Platten von Europa und Afrika reichlich Möglichkeiten zur zufälligen Interaktion. So drang es auf einem Pfad in unseren Planeten ein, auf dem es auf maximalen Widerstand traf.

Um IceCube herum käme ein solches Teilchen dagegen nur mit Wasser- und Eismassen in Kontakt, die leichter zu durchdringen sind.

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ARCA und ORCA nehmen aktuell noch ihre finale Form an. Zum Zeitpunkt der Entdeckung waren sogar erst zehn Prozent der Detektoren angeschlossen. Sobald sie voll einsatzbereit sind, wäre der Neutrino-Forschung und vielleicht ja sogar der Suche nach Dunkler Materie enorm geholfen.

Ultra-energiereiches Neutrino oder Dunkle Materie, die ausnahmsweise aufgrund eines einzigartigen Zustandes mit herkömmlichen Strukturen interagiert – es bleibt spannend.

Stephen Hawking wird leider weder das eine noch andere erleben: Der Astrophysiker verstarb 2018 nach jahrzehntelanger Erkrankung. Seine Urne liegt heute neben britischen Königinnen und Königen sowie bekannten Dichtern und Denkern in der Westminster Abbey begraben.