// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Gammastrahlensignal könnte lang erwarteter Beleg für WIMPs sein
Ein schmaler Ausschlag bei 43,2 Gigaelektronenvolt taucht in langjährigen Gammastrahlendaten mehrerer naher Galaxienhaufen erneut auf. Bei den drei aussichtsreichsten Haufen erreicht das Signal nach Korrektur für Suchversuche eine globale Signifikanz von rund 4,3 Sigma. Für eine einfache Erklärung durch WIMPs spricht der Befund trotzdem nicht, denn im inneren Bereich der Milchstraße fehlt die Linie.
Nanjing (China). Dunkle Materie macht sich durch ihre Schwerkraft bemerkbar, doch ihre Teilchennatur ist weiterhin unbekannt, wobei zu den meistdiskutierten Kandidaten schwach wechselwirkende massive Teilchen, kurz WIMPs, zählen. Wenn solche Teilchen miteinander annihilieren oder zerfallen, könnten dabei unter anderem Gammaphotonen mit einer sehr charakteristischen Energie entstehen.
Besonders interessant wären deshalb schmale Linien im Gammaspektrum, weil sie sich anders als breite Strahlungsspektren schwerer mit gewöhnlichen astrophysikalischen Prozessen verwechseln lassen. Frühere Hinweise auf solche Linien erwiesen sich allerdings teils als statistische Schwankungen oder instrumentelle Effekte, weshalb ein neuer Kandidat besonders streng geprüft werden muss.
Forscher des Purple Mountain Observatory (PMO) um Yi-Zhong Fan haben nun 15,5 Jahre Messdaten des Large Area Telescope an Bord des Fermi-Gammastrahlenteleskops ausgewertet. Das Team untersuchte 13 massereiche, nahe Galaxienhaufen mit Rotverschiebungen bis 0,028, in denen sich besonders viel Dunkle Materie befinden sollte und die deshalb geeignete Ziele für eine indirekte Suche sind.
Für die Analyse wählten die Wissenschaftler besonders saubere Fermi-LAT-Ereignisse aus und durchsuchten Energien zwischen 5 und 300 Gigaelektronenvolt mit gleitenden Auswertefenstern. Dabei verglichen sie jeweils ein reines Hintergrundmodell mit einem Modell, das zusätzlich eine schmale Spektrallinie enthält, wobei die Teststatistik TS beschreibt, wie stark das Modell mit Linie gegenüber dem Hintergrundmodell bevorzugt wird.
Am deutlichsten erscheint die Linie bei rund 43,2 Gigaelektronenvolt in den Richtungen von Virgo, Fornax und Ophiuchus. Diese drei Haufen besitzen in der Stichprobe die höchsten sogenannten J-Faktoren, ein Maß für die erwartete Stärke eines möglichen Dunkle-Materie-Annihilationssignals, und zusammen erreichen sie einen TS-Wert von 30,1.
Entscheidend ist aber nicht nur die lokale Auffälligkeit, denn wegen der vielen geprüften Linienenergien und bei der Dreiergruppe zusätzlich getesteten Stichprobengrößen korrigierten die Forscher den Befund für den sogenannten Look-elsewhere-Effekt. Monte-Carlo-Simulationen ergeben danach eine globale Signifikanz von rund 4,3 Sigma für die drei Haufen. Werden alle 13 Haufen zusammen betrachtet, sinkt der TS-Wert auf 21,3 und die globale Signifikanz auf etwa 3,7 Sigma.
Die zeitliche Entwicklung ist nicht vollkommen gleichmäßig, denn für Virgo, Fornax und Ophiuchus zusammen wächst die Teststatistik langfristig ungefähr mit der Beobachtungsdauer, zeigt zwischenzeitlich aber starke Schwankungen. Für die gesamte Stichprobe erreichte das Signal zunächst ein Maximum, fiel danach deutlich ab und nahm seit einem späteren Beobachtungszeitpunkt wieder zu. Das ist ein Grund, den Befund trotz seiner statistischen Stärke nicht als Entdeckung zu werten.
Mehrere Kontrolltests sprechen zumindest gegen eine einfache instrumentelle Ursache, denn die Linie bleibt bei verschiedenen Ereignisklassen, Auswertefenstern und Hintergrundmodellen sichtbar. In Daten vom Erdrand, die sich gut zum Aufspüren instrumenteller Linien eignen, findet das Team keinen entsprechenden Ausschlag. Auch im inneren Bereich der Milchstraße fehlt ein vergleichbares 43-GeV-Signal.
Gerade dieser letzte Nullbefund erschwert jedoch die naheliegende Deutung als WIMP-Signal. In einem einfachen Modell der Dunkle-Materie-Annihilation sollte das Zentrum der Milchstraße ein besonders starkes Signal erzeugen. Die Autoren zeigen, dass die dortigen Obergrenzen nur schwer mit der Linie aus den