Jüngste Daten des Hubble-Weltraumteleskops deuten darauf hin, dass dunkle Materie, ein reichlich vorhandenes, aber immer noch schwer fassbares Material, von dem angenommen wird, dass es unser Universum bevölkert, tatsächlich aus dem besteht, was Physiker dunkle Photonen nennen.
Obwohl sie rein theoretischer Natur sind, könnten dunkle Photonen die fehlende Materie erklären, die zu einem sich ständig erweiternden Universum beiträgt, während sie gleichzeitig die Diskrepanz zwischen Simulationen des Universums und den von Hubble gesammelten Informationen erklären. Wenn sie wahr ist, könnte die neue Theorie endlich ein Rätsel lösen, das Physiker und Kosmologen seit Jahrzehnten behindert.
Hubble Data sagt, dass Cosmic Web zu heiß ist
Im weiten Bereich des leeren Raums zwischen Galaxien befindet sich ein Netzwerk von Filamenten, das Kosmologen nennen das kosmische Netz. Physiker glauben, dass diese “dunkle Materie” die Struktur des Universums im größten Maßstab bestimmt.
Ein Hubble-Weltraumteleskop-Instrument, bekannt als das Spektrograph des kosmischen Ursprungs (COS) war in der Lage, die Temperatur dieses kosmischen Netzes mit überraschender Genauigkeit zu messen. Diese realen Messungen stimmen jedoch nicht mit der vorhergesagten Temperatur überein, die in Computersimulationen des Ursprungs des Universums gemacht wurde. Die tatsächlichen Messwerte sind deutlich wärmer, was die Forscher dazu veranlasst, zu versuchen, die Ursache dieser Diskrepanz zu ermitteln.
Heute hat ein Forschungsteam von Internationale Schule für Fortgeschrittene Studien (SISSA) postulierte in Zusammenarbeit mit Forschern der Universitäten von Tel Aviv, Nottingham und New York, dass ein theoretisches Teilchen, das als dunkles Photon bekannt ist, die Antwort liefern könnte.
Theoretische dunkle Photonen könnten endlich dunkle Materie erklären
„Normalerweise wurden kosmische Filamente verwendet, um die feinskaligen Eigenschaften dunkler Materie zu untersuchen, während wir in diesem Fall erstmals Daten aus dem intergalaktischen Medium mit geringer Rotverschiebung als Kalorimeter verwendet haben, um zu überprüfen, ob alle uns bekannten Erwärmungsprozesse vorhanden sind ausreichen, um die Daten zu reproduzieren“, erklärt Matteo Viel von SISSA. „Wir haben festgestellt, dass dies nicht der Fall ist: Es fehlt etwas, das wir als Beitrag des dunklen Photons modellieren.“
Veröffentlicht in der Rezension Briefe zur körperlichen UntersuchungDie neue Theorie besagt, dass dunkle Photonen vom Urknall zurückgelassen werden könnten und ihre Strahlungswärme den Unterschied zwischen den simulierten Temperaturen des kosmischen Netzes und den Messungen des Hubble COS erklären könnte.
„Dunkle Photonen sind hypothetische neue Teilchen, die die Kraftvektoren einer neuen Kraft im dunklen Sektor sind, ähnlich wie das Photon der Kraftvektor des Elektromagnetismus ist“, schreiben die Autoren. „Anders als das Photon können sie aber Masse haben. Insbesondere das ultraleichte dunkle Photon – mit einer Masse, die zwanzig Größenordnungen unter der des Elektrons liegt – ist ein guter Kandidat für Dunkle Materie.
Die Forscher erklären, dass sich diese theoretischen dunklen Photonen mit verschiedenen Arten von Neutrinos vermischen sollten, ein Prozess, der es ermöglichen würde, diese dunkle Materie aus „ultraleichten“ dunklen Photonen in sogenannte niederfrequente Photonen umzuwandeln. Diese neuen niederfrequenten Photonen wiederum würden das kosmische Netz erwärmen, was den Temperaturunterschied erklären würde. Und die Pressemitteilung Die Ankündigung der Theorie stellt fest, dass “im Gegensatz zu anderen Erwärmungsmechanismen, die auf astrophysikalischen Prozessen wie Sternentstehung und galaktischen Winden beruhen, dieser Erwärmungsprozess diffuser und effektiver ist, auch in Regionen, die nicht sehr dicht sind.”
Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Dark-Photon-Theorie zu bestätigen
Die beteiligten Forscher stellen fest, dass ihre Theorie nur eine von vielen ist, die versuchen, die Natur der Dunklen Materie zu erklären. Der aufregendste Aspekt ihrer Arbeit ist jedoch, wie genau die vom dunklen Photon vorhergesagte Energie mit den experimentellen Daten von Hubble übereinstimmt.
Das Team erwartet, dass zukünftige experimentelle Daten ihre Theorie bestätigen oder widerlegen werden, obwohl sie anmerken, dass “da dunkle Photonen in der Lage wären, sich in niederfrequente Photonen umzuwandeln und kosmische Strukturen zu erhitzen, könnten sie die experimentellen Informationen gut erklären”.
Christopher Plain ist Romanautor, Komiker und Wissenschaftsredakteur bei The Debrief. Folgen Sie ihm und verbinden Sie sich mit ihm auf Twitter @plain_fictionund entdecken Sie seine Bücher auf plainfiction.com. Oder schreiben Sie ihm direkt an christopher@thedebrief.org.