Symbolbild mit Silhouetten zweier Personen, die vor einem stilisierten Weltraumhintergrund ihre Angeln auswerfen.

COMPULSE

Forschungsgruppe zur Suche nach Dunkler Materie mit Pulsar-Experimenten

„Chasing Obscure Matter with PULSar Experiments” (COMPULSE) ist eine Max-Planck-Forschungsgruppe für Astrophysik, die seit dem 1. Dezember 2025 am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) angesiedelt ist. Die Gruppe wird von Dr. Nataliya Porayko geleitet und hat eine Laufzeit von sechs Jahren.

Dunkle Materie ist eines der drängendsten Probleme der modernen Astrophysik, das die wissenschaftliche Gemeinschaft seit fast einem Jahrhundert beschäftigt. Ursprünglich wurde die Notwendigkeit der „fehlenden Masse” vom Schweitzer Astronomen Fritz Zwicky in den 1930er Jahren postuliert, der beobachtete, dass sich die Galaxien im Coma-Galaxienhaufen zu schnell bewegen. Seitdem wurden auf verschiedenen astrophysikalischen Skalen zahlreiche Hinweise auf nicht leuchtende Materie oder zumindest auf einen neuen Freiheitsgrad in der Lagrange-Funktion gesammelt. Trotz ihrer Häufigkeit wurde Dunkle Materie in Versuchen noch nicht direkt nachgewiesen, und ihre Natur ist nach wie vor umstritten. Pulsare, hochmagnetisierte Neutronensterne, könnten entscheidend zur Lösung dieses Rätsels beitragen.

Mindmap zu verschiedenen Modellen Dunkler Materie — Ein Zoo verschiedener Kandidaten für Dunkle Materie. Die Modelle, die im Rahmen des COMPULSE-Projekts untersucht werden, sind violett hervorgehoben. Ergänzt werden sie durch weitere Untersuchungen mit Pulsaren, die in der Forschungsabteilung Radioastronomische Fundamentalphysik des MPIfR durchgeführt werden.

Abbildung 1: Nach Bertone, G. & Tait, T. M. P.: A new era in the search for dark matter. Nature 562, 2018, Fig. 1

Ein Zoo verschiedener Kandidaten für Dunkle Materie. Die Modelle, die im Rahmen des COMPULSE-Projekts untersucht werden, sind violett hervorgehoben. Ergänzt werden sie durch weitere Untersuchungen mit Pulsaren, die in der Forschungsabteilung Radioastronomische Fundamentalphysik des MPIfR durchgeführt werden.

Abbildung 1: Nach Bertone, G. & Tait, T. M. P.: A new era in the search for dark matter. Nature 562, 2018, Fig. 1

Das Hauptziel des COMPULSE-Projekts ist es, die Fülle an Pulsardaten zusammen mit modernsten Datenanalysestrategien zu nutzen, um einige der realisierbaren Modelle für Dunkle Materie zu untersuchen. Die Pulsarspektroskopie kann zur Detektion von QCD-Axionen verwendet werden, die ursprünglich eingeführt wurden, um das CP-Problem in der Quantenchromodynamik (QCD) zu lösen. Ultraleichte Axionen, die eine Verallgemeinerung der QCD-Axionen im Bereich niedriger Massen darstellen, können mit Pulsar-Polarimetrie effektiv untersucht werden. Schließlich bietet die Pulsar-Zeitmessung eine einmalige Gelegenheit, das primordiale Universum bis zur Epoche der Inflation zu beobachten und die Physik jenseits des Standardmodells zu untersuchen. Insbesondere können Arrays der stabilsten rotierenden Pulsare, die über den Himmel verteilt sind und als Pulsar-Timing-Arrays bekannt sind, das primordiale Leistungsspektrum auf kleinen Skalen auf einzigartige Weise eingrenzen. Dieses beeinflusst die Entstehung primordialer Schwarzer Löcher, die die gesamte oder einen Teil der Energiedichte der Dunklen Materie ausmachen können. Die mit COMPULSE zu untersuchenden Kandidaten für Dunkle Materie sind in Abbildung 1 violett hervorgehoben. Diese Liste wird durch die Modelle für Dunkle Materie ergänzt, die seit langem Gegenstand der Forschung am MPIfR sind (grün).

Im Rahmen des COMPULSE-Projekts werden die entwickelten Methoden zur Suche nach Dunkler Materie direkt auf die tatsächlichen Daten angewendet, die mit den weltweit ambitioniertesten Radioinstrumenten gesammelt wurden. Dazu gehören das größte europäische 100-m-Radioteleskop in Effelsberg und das LOw-Frequency ARray (LOFAR), das teilweise vom MPIfR betrieben wird. Der Zeitplan des Projekts deckt sich gut mit der Entstehung neu entwickelter Radioeinrichtungen wie MeerKAT+, LOFAR2.0 und dem Square Kilometre Array (SKA), die die Empfindlichkeit bei der Suche nach Dunkler Materie weiter erhöhen werden. Es ist Zeit, auf die Jagd zu gehen.