Ultraleichte Felder aus dem Weltraum
Massive astrophysikalische Ereignisse wie die Verschmelzung von Schwarzen Löchern können Energie in unerwarteten Formen freisetzen, nämlich als exotische ultraleichte Felder. Diese können wiederum schwache Signale verursachen, die mit Quantensensornetzwerken erfasst werden können. Dieses Ergebnis ist besonders interessant im Hinblick auf die Suche nach dunkler Materie.
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Durch die Verschmelzung von Schwarzen Löchern kann Energie in Form von ELFs freigesetzt werden (unten links auf dem Foto). Ihre schwachen Signale können mit Quantensensornetzwerken wie dem GPS-Netzwerk (oben rechts auf dem Foto) erkannt werden. [Groansicht] |
Das Gebiet der Multi-Messenger-Astronomie – die koordinierte Beobachtung verschiedener Signale, die aus demselben astrophysikalischen Ereignis resultieren – ist seit der ersten Erfassung von Gravitationswellen mit dem LIGO-Spektrometer vor einigen Jahren äußerst beliebt und liefert seitdem viele neue Informationen. Tiefen des Universums.
„Wenn Gravitationswellen irgendwo im Weltraum ausgelöst und auf der Erde erfasst werden, zielen zahlreiche Teleskope auf dieses Ereignis ab, um verschiedene Signale wie elektromagnetische Strahlung zu erfassen“, erklärt Dr. Arne Wickenbrock vom PRISMA + Cluster of Excellence Johannes. Gutenberg Universität Mainz erklärt. (JGU) und das Helmholtz-Institut Mainz (HIM). „Unsere erste Frage war: Was wäre, wenn ein Teil der von den beobachteten Ereignissen freigesetzten Energie auch in Form von sogenannten exotischen Ultraleichtfeldern (ELF) emittiert würde? Können wir diese mit vorhandenen Netzwerken von Quantensensoren erfassen?“
Die Antwort auf die Frage lautet, wie die Berechnungen der Wissenschaftler zeigen, ja. „Zu diesem Zweck haben wir geglaubt, dass solche Felder bei ihrer Übertragung ein charakteristisches Frequenzsignal in den Netzen erzeugen sollten“, erklärt Wickenbrock. „Vergleichbar mit einer vorbeiziehenden Sirene, die zuerst heller und dann dunkler wird.“ Die Forscher interessieren sich insbesondere für zwei Netzwerke: das globale GPS-Netzwerk von Atomuhren und das sogenannte GNOME-Netzwerk, das aus vielen weltweit verstreuten Magnetometern besteht.
Aufgrund der Stärke des erwarteten Signals sollte das GPS-System derzeit empfindlich genug sein, um ELFs zu erkennen. Das GNOME-Netzwerk soll zu einem späteren Zeitpunkt aufgebaut werden, der derzeit in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Dmitry Budker von der JGU bei HIM wird ebenfalls sensibel genug sein, um solche Ereignisse zu beobachten.
Potenzielle ELFs sind bei der Suche nach dunkler Materie von besonderer Bedeutung. Während diese exotische Form der Materie existieren muss, weiß niemand, woraus sie besteht. Eine ganze Reihe möglicher Partikel, die theoretisch als Kandidaten in Frage gestellt werden, werden in der Berufswelt diskutiert und erforscht. Einer der vielversprechendsten Kandidaten sind heute die sogenannten extrem leichten Bosonenteilchen, die auch als klassisches Feld angesehen werden können, das mit einer bestimmten Frequenz schwingt. „In den Tiefen des Universums kann sich beispielsweise dunkle Materie in Form von ELFs bilden, wenn zwei Schwarzer Lcher verschmelzen“, fasst Wickenbrock zusammen. „Präzisionsquantensensornetzwerke könnten wiederum als ELF-Teleskope fungieren und der Multi-Messenger-Astronomie-Toolbox ein weiteres wichtiges Element hinzufügen.“
Das Team berichtet über ihre Forschung in einem Fachartikel in Naturastronomie.
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