Am IAAT wird die indirekte DM-Suche nach drei der aussichtsreichsten Kandidaten für DM durchgeführt: Axionen, sterile Neutrinos und WIMPs. Die Grundidee besteht darin, eine elektromagnetische Signatur für einen der Kandidaten zu finden, indem man verschiedene Arten von astrophysikalischen Objekten analysiert und numerische Studien durchführt.
Axionen:
Axionen sind hypothetische Teilchen, die zunächst postuliert wurden, um die Existenz bestimmter Symmetrien der starken Kernkraft zu erklären. Interessanterweise sind sie aufgrund ihrer sehr geringen Masse und sehr schwachen Wechselwirkung auch gute Kandidaten für DM. Einige Theorien sagen voraus, dass sie durch zwei Photonenzerfälle und durch die Umwandlung in Photonen in einem Magnetfeld (Primakoff-Effekt) nachweisbar sein sollte, siehe Bild unten.
In der Astrophysik konnten Axionen z.B. durch Merkmale in Pulsar- oder Magnetarspektren und/oder zusätzliche Polarisation von Spektren dieser Quellen nachgewiesen werden. Forscher am IAAT untersuchen das Vorkommen solcher Merkmale in verschiedenen astrophysikalischen Quellen.
Sterile Neutrinos:
Alle Teilchen im Standardmodell der Elementarteilchen mit Ausnahme des Neutrinos können eine positive ("rechtshändige") und negative ("linkshändige") Projektion ihres Spin auf ihren Impuls haben. Standard-Neutrinos können nur linkshändig sein. Einige Theorien schlagen jedoch vor, den Neutrinos rechtshändige "sterile" Begleiter hinzuzufügen, die dank ihrer sehr geringen Masse auch gute Kandidaten für DM sein könnten. Darüber hinaus hilft die Theorie der sterilen Neutrinos, andere Probleme des Standardmodells zu lösen, die sie zu einer sehr eleganten Lösung für beide Bereiche machen. Zerfälle von sterilen Neutrinos liefern eine beobachtbare Signatur, die in Röntgenspektren nachgewiesen werden konnte.
Am IAAT werden Langzeitbeobachtungen durchgeführt, um die Photonenzerfallseigenschaften von sterilen Neutrinos in einem breiten (keV-MeV) Energiebereich in einer Vielzahl von astrophysikalischen Objekten (von sphärischen Zwerggalaxien bis zu Galaxienhaufen) mit Daten aus allen modernen Röntgenmissionen (XMM-Newton, Chandra, NuStar, INTEGRAL) zu finden.
Zusätzliche Anstrengungen wurden unternommen, um die Natur einer ungeklärten 3,55 keV-Linie in Spektren von Galaxienhaufen zu untersuchen. Es wurde angenommen, dass diese Linie möglicherweise DM-zerfallenden Ursprungs ist. IAAT-Forscher führten Langzeitbeobachtungen an anderen DM-dominierten Objekten (z.B. Zwergsphärogalaxien) durch und fanden keine Beweise für das Vorliegen einer solchen Linie, was den DM-Zerfallsursprung von 3,55 keV zweifelhaft macht.
Die Wissenschaftler untersuchen auch mögliche zukünftige europäische Missionen, um die DM-Zerfallslinie aufzuspüren.
Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs):
Ein weiterer beliebter Kandidat für DM-Partikel sind schwach interagierende massive Partikel, so genannte WIMPs. Diese hypothetischen Teilchen werden auch als Lösung für Probleme im Standardmodell durch die Theorie der Supersymmetrie vorgeschlagen. Sie sind natürliche Kandidaten für DM und Supersymmetrie und sollen mit ihren Antiteilchen im GeV- bis TeV-Bereich ein elektromagnetisches Signal aus der Vernichtung erzeugen.
Am IAAT analysieren Forscher systematisch Gammastrahlen-FERMI/LAT-Spektren von Galaxienhaufen, den galaktischen Zentrumsbereichen und dem diffusen Hintergrund, um einen möglichen Hinweis auf ein WIMP-Annihilationsspektralmerkmal in diesen Daten zu finden.