Mehrwellenlänge der Dunklen Materie suchen

• Antragsteller: Dr. Denys Malyshev
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414750543

Seitdem im Jahr 1920 die ersten Indizien auf die Existenz einer Dunklen Materie (Dark Matter, DM) hindeuteten, hat sich die Anzahl der Hinweise darauf von Jahr zu Jahr immer weiter erhöht. Im heutigen Standardmodell der Kosmologie hat die Dunkle Materie die zweithöchste Energiedichte im Universum, übertroffen nur noch von der Dunklen Energie. Obwohl ihre Energiedichte heute relativ präzise vermessen ist, sind viele weitere Eigenschaften der DM noch unbekannt, weil bisher nur die Auswirkungen ihrer gravitativen Wechselwirkung mit “normaler”, baryonischer Materie beobachtet wurden. Üblicherweise wird angenommen, dass die DM aus bisher noch nicht nachgewiesenen Teilchen besteht, die in Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik vorhergesagt werden. Nur wenige der vorgeschlagenen Erweiterungen enthalten jedoch einen Kandidaten für das DM-Teilchen, der sich mit den bisherigen Beobachtungen in Einklang bringen lässt. Zwei der Erweiterungen (die Modelle nuMSM und MSSM), schlagen Kandidaten vor (Sterile Neutrinos und WIMPS), die im keV bis GeV Massenbereich liegen.Um die allgegenwärtige Präsenz der Dunklen Materie im Universum heute zu erklären, muss die Lebensdauer dieser Teilchen auf kosmologischen Zeitskalen liegen. Trotzdem ist es möglich, dass sich eine Zerfalls- oder Annihilationssignatur der Dunklen Materie Teilchen in Form von Standardmodell-Teilchen, z.B. Photonen beobachten lässt.Wir beabsichtigen im Rahmen dieses Antrags eine umfassende Suche nach solchen Signaturen des Zerfalls oder der Annihilation, ausgelöst von Sterilen Neutrinos oder WIMPS, durchzuführen, und planen dazu eine systematische Analyse von Röntgen- und Gamma-Beobachtungen im Energiebereich von 1 keV bis 100 GeV.Im Detail werden wir hierzu:1. Quellen identifizieren, in denen der Dunkle Materieanteil dominiert sowie entsprechende Observatorien, um diese Quellen im o.g. Energiebereich zu beobachten2. in Spektren der einzelnen Objekte nach dem Vorhandensein von Signaturen der Dunklen Materie suchen3. eine tiefe komplette Durchmusterung des gesamten Himmels mit einer korrelationsbasierten Methode für DM-Signaturen auf der Basis von Archivdaten durchführen.Das Ergebnis der Untersuchung wird entweder den Nachweis der Existenz eines Zerfalls-/Annihilationssignals der Dunklen Materie sein, oder zumindest eine scharfe Begrenzung für mehrere DM Parameter im analysierten Energiebereich festlegen, die erst mit der Ankunft der nächsten Generation von Röntgen-/Gamma-Teleskopen in etwa zehn Jahren wieder übertroffen werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark, Niederlande, Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexey Boyarsky; Professor Dr. Andrii Neronov; Dr. Oleg Ruchayskij