Physiker haben mithilfe erdweiter Messungen und weltraumgestützter Teleskope neue und rätselhafte Signale entdeckt, die möglicherweise mit dunkler Materie zusammenhängen. Während ein Detektor in den Tiefen von South Dakota ein ungewöhnliches Partikelereignis verzeichnete, analysierten andere Forscher geomagnetische Daten und Gammastrahlen, um den jahrzehntelangen Rätseln des unsichtbaren Universums auf die Spur zu kommen.
Die Erde als gigantischer Detektor für ultraleichte Axionen
Dunkle Materie macht schätzungsweise ein Viertel der gesamten Energie des Universums aus, bleibt jedoch trotz jahrzehntelanger Forschung unsichtbar. Zwei leading possibilities are hypothetical particles known as ultralight axions and dark photons. In the mass range examined by the researchers, these particles would be extraordinarily light, roughly 19 to 21 orders of magnitude lighter than an electron. Da herkömmliche Laborexperimente oft durch die Größe starker Magneten limitiert sind, schlugen Forscher aus Japan einen gänzlich neuen Weg ein. Ein Team von Kyoto University, Hiroshima University und Nihon University untersuchte, ob sich das natürliche Magnetfeld unseres Planeten für die Suche nutzen lässt.
We asked ourselves whether we could use the Earth itself as a giant detector in the search,
says corresponding author Atsushi Taruya.
Der Bereich zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre fungiert demnach als natürlicher Resonator, der elektromagnetische Wellen in bestimmten Frequenzbereichen verstärkt. Um Signale im Bereich bis zu 30 Hz zu berechnen, entwickelte das Team einen neuen theoretischen Rahmen, der auch die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre berücksichtigt. Dabei zeigte sich laut den Berechnungen, dass axionschnittige Signale besonders in Südostasien am stärksten ausfallen sollten, während dunkle Photonen weltweit mit ähnlicher Stärke auftreten würden.
Geomagnetische Daten der British Geological Survey im Praxistest
Um diese theoretischen Vorhersagen zu überprüfen, wertete das Forschungsteam roughly 10 years of geomagnetic measurements collected between 2012 and 2022 by the British Geological Survey’s Eskdalemuir Observatory aus. Nach dem Entfernen künstlicher Störsignale suchten die Wissenschaftler nach stabilen Signaturen in einem sehr schmalen Frequenzband.
Die Untersuchung setzte neue Obergrenzen für die Wechselwirkung von Axionen mit Licht, welche rund 100-mal strenger sind als bisherige Bestwerte aus terrestrischen Experimenten. Gleichzeitig stießen die Forscher bei der Suche nach dunklen Photonen auf mehrere Signalkandidaten, deren genauer Ursprung jedoch weiterhin ungeklärt ist und nicht unmittelbar als Beweis für dunkle Materie gewertet werden kann.
Ein unerklärliches Teilchenereignis im LZ-Detektor in South Dakota
Weit entfernt von diesen Erdresonanzen, nearly 1 mile (1.6 kilometers) underground at the Sanford Underground Research Facility in South Dakota, machten Wissenschaftler des LZ Dark Matter Experiment eine weitere faszinierende Entdeckung. The LZ Dark Matter Experiment brings together 250 scientists and engineers from 39 institutions worldwide. Managed by the US Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory, das Experiment nutzt dort 10 tonnes of ultrapure liquid xenon, um WIMPs, or weakly interacting massive particles, aufzuspüren.
Am June 16, 2023, registrierte der Detektor eine ungewöhnliche Partikelwechselwirkung: A particle entered the detector and struck the nucleus of a xenon atom, producing a flash of light and a stream of charge. What makes the event interesting is that researchers say it does not fit the description of any other known particle interaction. However, they also acknowledge that the signal could represent ordinary matter interacting in a way scientists do not yet fully understand.
Dennoch mahnen die beteiligten Forscher zur Vorsicht. The event has only about a 1-in-400 chance of being a a statistical fluke, roughly a 2.6-sigma result, while 5-sigma is considered the gold standard for a discovery. Still, the mysterious signal could provide an important new direction in the decades-long search for dark matter.
Gamma-Strahlung und die 43 GeV Signatur aus dem Weltraum
Parallel zu den bodengestützten Analysen hat die Auswertung von more than 15 years of observations by NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope eine weitere bemerkenswerte Spur zutage gefördert. Researchers found the feature while combining data from three nearby galaxy clusters. The peer-reviewed study appeared in Physical Review Letters on August 12, 2026. Its authors include researchers from the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences and partner institutions.
The researchers examined 15.5 years of public data from Fermi’s Large Area Telescope, or LAT, covering 13 massive galaxy clusters with redshifts of 0.028 or lower. Forscher kombinierten hierbei die Beobachtungen mittels einer Stapelanalyse, um schwache Signale besser sichtbar zu machen. The clearest result came from the Virgo, Fornax and Ophiuchus clusters. These three systems have the sample’s highest estimated “J-factors.” A J-factor describes how strongly concentrated dark matter may be along a particular line of sight. When the researchers combined data from these three clusters, they identified a gamma-ray line near 43.2 billion electron volts, or GeV. The analysis produced a net test statistic, or TS, of approximately 30. However, the value dropped to about 21 when the ten other clusters entered the calculation. The team suggests that those clusters have lower signal-to-noise ratios. Therefore, their addition may have diluted the combined result rather than strengthened it.
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