Fluktuationen
„Die Analyse und Interpretation von Fluktuationen des diffusen Gammastrahlenhintergrunds ist ein neues Forschungsgebiet in der Hochenergie-Astrophysik“, erklärt Eiichiro Komatsu am Max-Planck-Institut für Astrophysik, der die notwendigen Analysewerkzeuge für Fluktuationen dieser Strahlung entwickelt hat. Komatsu war auch Teil des Teams, das im Jahr 2012 erstmals Schwankungen im Gamma-Ray-Hintergrund nachweisen konnte. Für die neue Analyse nutzten die Forscher 81 Monate an Daten aus dem Fermi Large Area Telescope – ein viel größerer Datensatz und mit einer breiteren Energieskala als in früheren Studien.
Die Wissenschaftler konnten zwei unterschiedliche Beiträge zum Gammastrahlenhintergrund unterscheiden. Eine Klasse von Gammastrahlenquellen wird benötigt, um die Schwankungen bei niedrigen Energien (unter 1 GeV) zu erklären, und eine andere Art von Quellen wird benötigt, um die Fluktuationen mit höherer Energie zu erzeugen – die Signaturen dieser beiden Beiträge sind deutlich unterschiedlich.
Die Gammastrahlen in den Hochenergiebereichen – oberhalb von einigen GeV – stammen demnach von nicht aufgelösten Blazaren. Eine weitere Untersuchung dieser potenziellen Quellen ist derzeit im Gange. Allerdings scheint es viel schwieriger, eine Quelle für die Fluktuationen mit Energien unter 1 GeV zu lokalisieren. Keiner der bekannten Gammastrahlenemitter hat ein Verhalten, das mit den neuen Daten konsistent ist.
Einschränkungen für die dunkle Materie
Bisher konnte das Fermi-Teleskop keinen schlüssigen Hinweis auf Gammastrahlen-Emission von Teilchen der Dunklen Materie finden. Auch diese neue Studie zeigt keine Anzeichen für ein Signal, das mit dunkler Materie verknüpft sein könnte. „Unsere Messung ergänzt frühere Kampagnen, die mit Gammastrahlen nach dunkler Materie suchten“, sagt Erstautor Mattia Fornasa von der Universität Amsterdam. „Sie bestätigt, dass wenig Raum bleibt für eine durch dunkle Materie induzierte Gammastrahlenemission im isotropen Gammastrahlenhintergrund.“
Die Präzision der Fluktuationsmessung hat sich seit dem ersten Ergebnis im Jahr 2012 deutlich verbessert. „Ich freue mich, dass unsere Messungen wichtige Erkenntnisse über den Ursprung des Gammastrahlenhintergrundes liefern“, so Komatsu.
„Meine ursprüngliche Motivation im Jahr 2006 diese Analyse durchzuführen bestand darin, Beweise für Gammastrahlen aus dunklen Materieteilchen zu finden. Nun, wir haben noch keine Gammastrahlen aus dunkler Materie gefunden“, kommentiert Komatsu,“ aber es ist aufregend, dass unsere Messungen zu einem neuen Verständnis der Populationen von astrophysikalischen Quellen für Gammastrahlen – wie Blazaren – führen. Ich habe die Hoffnung noch nicht aufgegeben, die Gammastrahlungssignatur dunkler Materie zu finden, und wir haben einige neue Ideen, wie wir unsere Methode verbessern können.“
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