Dunkle Materie, von der angenommen wird, dass sie etwa ein Viertel des Universums ausmacht, aber überhaupt nicht mit Licht zu interagieren scheint, könnte laut einer neuen Studie eine winzige elektrische Ladung haben.
Bisher hat die Dunkle Materie ihre Präsenz nur durch die Schwerkraft bekannt gemacht, indem sie an Sternen und Galaxien gezogen hat. Aber jetzt schlagen die Astrophysiker Julian Muñoz und Abraham Loeb von der Harvard University vor, dass ein kleiner Teil der Teilchen der Dunklen Materie eine winzige elektrische Ladung haben könnte - was bedeutet, dass Dunkle Materie durch die elektromagnetische Kraft mit normaler Materie interagieren könnte.
Wenn dies zutrifft, würde diese Idee nicht nur einen großen Schritt zum Verständnis der Dunklen Materie darstellen, sondern auch ein neues Rätsel erklären, das Kosmologen verwirrt hat.
Neugierige Abkühlung
Im Februar kündigten Astronomen die erste Entdeckung eines schwer fassbaren Signals von Wasserstoffgas aus der kosmischen Morgendämmerung an, die etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall begann, als die ersten Sterne zu leuchten begannen. Zu dieser Zeit war das zwischen den Sternen schwebende Wasserstoffgas kalt - kälter als der kosmische Mikrowellenhintergrund, die übrig gebliebene Strahlung des Urknalls, der das Universum badet.
Da Wasserstoff kühler als dieses Nachleuchten ist, absorbiert das Gas die Strahlung - insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge von 21 Zentimetern (8,3 Zoll). Durch die Messung der Absorption von Strahlung durch Wasserstoff können Astronomen die kosmische Morgendämmerung, eine relativ unbekannte Ära der kosmischen Geschichte, besser verstehen. Mit einer Funkantenne in Westaustralien, die als Experiment zur Erkennung der globalen Epoche der Reionisierungssignatur (EDGES) bezeichnet wurde, konnte ein Team von Astronomen diese Absorption zum ersten Mal erfassen.
"Dies ist an und für sich eine erstaunliche wissenschaftliche Entdeckung", sagte Muñoz gegenüber Live Science. Darüber hinaus stellten die Astronomen fest, dass doppelt so viele Photonen vom Wasserstoff absorbiert wurden wie erwartet. Damit das Gas so viel Strahlung absorbiert, müsste es noch kühler sein, als Wissenschaftler dachten.
Muñoz und Loeb schlugen vor, dass dunkle Materie der Schuldige für die merkwürdige Abkühlung sein könnte. In einem Artikel, der am 30. Mai in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, stellten sie fest, dass wenn weniger als 1 Prozent der dunklen Materie etwa ein Millionstel der elektrischen Ladung eines Elektrons aufweisen, diese schwer fassbare Materie dem Wasserstoff Wärme entziehen könnte - ähnlich wie Eiswürfel kühlen Ihre Limonade. "Eis ist hier die dunkle Materie", sagte Muñoz.
Ihre Idee ist nicht ganz neu. Vor Jahrzehnten schlugen Physiker vor, dass Teilchen der Dunklen Materie eine elektrische Ladung haben könnten.
Und das ist nicht die einzige Erklärung für diese Abkühlung. In einem Artikel in der Zeitschrift Nature vom 1. März schlug Rennan Barkana, ein Kosmologe an der Universität Tel Aviv in Israel, vor, dass eine allgemeinere Form der Dunklen Materie, die nicht unbedingt geladen sein muss, normale Materie abkühlen und die EDGES-Daten erklären könnte .
Beide Vorschläge für die Dunkle Materie machen ähnliche Vorhersagen, sagte Barkana, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt war.
"Dies ist eine Zeit für vorsichtigen Optimismus und Offenheit, sowohl in Bezug auf die Funkbeobachtung als auch in Bezug auf die Interpretation", sagte Barkana gegenüber Live Science.
Dutzende von Ideen
Dunkle Materie ist nur eine von Dutzenden Ideen, die vorgeschlagen wurden, um die Anomalie zu erklären. Beispielsweise könnte die Hintergrundstrahlung heißer als erwartet sein, anstatt dass das Gas kühler ist, wobei ein exotischer Prozess mehr Strahlung erzeugt, die noch nicht berücksichtigt wurde. Oder es könnte einfach Fehler in der Analyse oder Messung geben.
In der Tat ist die EDGES-Beobachtung die erste ihrer Art, und obwohl das Team zwei Jahre damit verbracht hat, die Analyse zu überprüfen und zu überprüfen, benötigen die Forscher mehr Daten, um die rätselhaften Ergebnisse zu bestätigen.
"Wenn EDGES korrekt ist, gibt es meiner Meinung nach keine konventionelle Erklärung, die zwingend ist", sagte Steven Furlanetto, Astrophysiker an der University of California in Los Angeles, der nicht an der Studie beteiligt war. "Sie müssen wirklich zu einem dieser nicht standardmäßigen Physikszenarien gehen, und in diesem Fall denke ich, dass es weit offen ist."
Muñoz ist jedoch an der Erklärung der Dunklen Materie interessiert. "Wenn EDGES tatsächlich Recht hat, scheint es sehr schwierig zu sein, dass dies nicht das Ergebnis dunkler Materie ist", sagte er.
Mehrere Instrumente auf der ganzen Welt bereiten sich bereits auf detailliertere Beobachtungen vor. Im Gegensatz zu EDGES können einige Experimente, wie beispielsweise ein Radioteleskop in Südafrika, das als Hydrogen Epoch of Reionization Array bezeichnet wird, messen, wie sich die Absorption am Himmel ändert. Wenn ein kleiner Teil der dunklen Materie elektrisch geladen ist, wie Muñoz und Loeb sagen, wird in dieser Variante ein eindeutiges Muster erzeugt, das einen Schlüsseltest für elektrisch geladene dunkle Materie darstellt.
