Eine internationale Forschungskooperation der Universität Wien und des Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) hat mithilfe von Machine Learning ein höchst kontrovers diskutiertes Signal der Astrophysik neu untersucht. Der sogenannte Galactic Centre Excess (GCE), ein schwaches, kugelförmiges Leuchten von Gammastrahlen im Zentrum der Milchstraße, fasziniert Physiker*innen seit mehr als einem Jahrzehnt. Die neuen Ergebnisse legen nahe, dass eine Erklärung durch Dunkle Materie derzeit nicht ausgeschlossen werden kann. Die Ergebnisse wurden aktuell im Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht.
Der Galactic Centre Excess (GCE) ist ein kugelförmiges Leuchten aus Gammastrahlen, das sich über Tausende von Lichtjahren rund um das Zentrum der Milchstraße erstreckt. Erklärungen für dieses besondere Signal gibt es verschiedene: Theoretische Vorhersagen stimmen mit sich selbst vernichtender, sogenannter annihilierender dunkler Materie überein. Eine weitere Theorie ist eine große Population schnell rotierender Neutronensterne, die als „Millisekundenpulsare“ bekannt sind. Die Herkunft des Signals im Zentrum unserer Galaxie ist also ungeklärt.
“Die Interpretation des Signals ist besonders schwierig, da das galaktische Zentrum ein sehr dichter und außergewöhnlich heller Bereich des Gammastrahlenhimmels ist”, erklärt Studienautor Florian List vom Institut für Astrophysik der Universität Wien.
Erstmaliges Einbeziehen von Photonenenergie bringt entscheidende Veränderung
Die Pulsar-Hypothese wird aus früheren statistischen Untersuchungen gestützt. In bisherigen Studien wurde aber ein entscheidender Aspekt nicht miteinbezogen: die Energie jedes einzelnen nachgewiesenen Photons. In der neuen Untersuchung entwickelte eine internationale Forschungsgruppe von der Universität Wien und dem Lawrence Berkeley National Laboratory ein Machine-Learning-Verfahren, das mit mehr als einer Million simulierter Gammastrahlenbeobachtungen trainiert wurde. Ziel war es, erstmals räumliche und spektrale Informationen gleichzeitig auszuwerten.
Diese damit erstmals einbezogenen Energieinformationen verändern das Bild erheblich. Während frühere Analysen auf vergleichsweise helle, nicht aufgelöste Lichtquellen (Punktquellen) hindeuteten, zeigen die neuen Ergebnisse, dass diese Punktquellen extrem lichtschwach sein müssten. “Unsere neue Analyse zeigt, dass die Sterne so schwach sein müssten, dass sie im Endeffekt kaum noch von der Emission, die es bei annihilierender dunkler Materie gäbe, zu unterscheiden wären”, erklärt Nick Rodd, Studienautor und Wissenschafter am Lawrence Berkeley National Laboratory.
Für die Pulsar-Hypothese müsste es demnach mindestens 35.000 solcher Punktquellen im Zentrum der Milchstraße geben – deutlich mehr als die wenigen hundert bis tausend Quellen, die in einigen früheren Arbeiten angenommen wurden.
Dunkle Materie bleibt plausibel in der Debatte um Zentrum der Milchstraße
“Der Ursprung des Galactic Centre Excess gehört zu den langlebigsten Debatten der Astrophysik”, sagt Florian List. “Unsere Arbeit zeigt nicht, dass Dunkle Materie für das Signal verantwortlich ist. Sie legt jedoch nahe, dass es noch zu früh ist, diese Möglichkeit auszuschließen.”
Die neuen Ergebnisse entkräften eines der bisher stärksten Gegenargumente für die Dunkle-Materie-These. Zwar liefert die Studie keinen direkten Nachweis für dunkle Materie, doch die Hypothese, dass der Galactic Centre Excess auf dunkle Materie zurückzuführen ist, bleibt dadurch eine plausible Erklärung in der Debatte.
Zusammenfassung:
- Der Galactic Centre Excess (GCE) ist ein kugelförmiges Leuchten aus Gammastrahlen im Zentrum der Milchstraße.
- Ursprung des Leuchtens könnten schnell rotierende Neutronensterne, sogenannte „Millisekundenpulsare“ (Pulsar-Hypothese) sein. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass auch dunkle Materie eine plausible Erklärung sein kann.
- In der neuen Untersuchung entwickelte die Forschungsgruppe ein Machine-Learning-Verfahren, das erstmals die Energie von Photonen miteinbezog.
- Die aktuelle Arbeit zeigt nicht, dass dunkle Materie für das Signal verantwortlich ist. Sie legt jedoch nahe, dass es noch zu früh ist, diese Möglichkeit auszuschließen.
Originalpublikation:
Energy Distribution of the Galactic Center Excess’s Sources.
Florian List, Yujin Park, Nicholas L. Rodd, Eve Schoen und Florian Wolf.
Physical Review Letters, 2026.
DOI: 10.1103/dkcq-6y4f
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