Dunkle Materie könnte aus ultraleichten dunklen Photonen bestehen, die unser Universum aufgeheizt haben.Zu einem solchen
Was ist die Besonderheit der neuen Hypothese?
Die Besonderheit der neuen Hypothese besteht darin, dass siestimmt perfekt mit den Beobachtungen des Cosmic Origin Spectrograph (COS) an Bord des Hubble-Weltraumteleskops überein. Er untersucht das "kosmische Netz", das komplexe und spärliche Netz aus Filamenten zwischen Galaxien, das den Kosmos füllt.
Welche Daten hat der Spektrograph gesammelt?
Kosmische intergalaktische Filamente sind laut den von COS gesammelten Daten heißer als durch hydrodynamische Simulationen des Standardstrukturbildungsmodells vorhergesagt.
Eine zweidimensionale Projektion des kosmischen Netzes, erhalten als Ergebnis einer Simulation auf einem Supercomputer.
Bildnachweis: Dr. Ewald Puchwein und die Sherwood-Relics Collaboration
Denn dunkle Photonen können das theoretischin niederfrequente Photonen umgewandelt werden und kosmische Strukturen erhitzen, ergänzen sie neue experimentelle Informationen, erklären die Autoren der Studie. Es wurde von SISSA-Mitarbeitern in Zusammenarbeit mit Forschern der Universitäten Tel Aviv, Nottingham und New York durchgeführt.
Was sind dunkle Photonen?
Dunkle Photonen sind neu hypothetischElementarteilchen. Sie gelten als Träger einer neuen fundamentalen Wechselwirkung, als „Vermittler“ zwischen gewöhnlicher und dunkler Materie. Der Hypothese zufolge interagieren sie genau dank dieser Teilchen.
Ebenso sind Photonen die Träger der Kraft fürElektromagnetismus. Im Gegensatz zu ihnen können dunkle Photonen jedoch eine Masse haben. Insbesondere das ultraleichte dunkle Photon – mit einer Masse, die nur zwanzig Größenordnungen kleiner ist als die Masse eines Elektrons – ist ein guter Kandidat für die Rolle der Dunklen Materie.
Eine künstlerische Vorstellung von der Bewegung von Photonen. Bildnachweis: Robert Couse-Baker
Irgendwas Neueseine Naturgewalt, die im Rahmen einer theoretischen Erweiterung des Standardmodells entsteht und sich wie eine elektromagnetische Wechselwirkung verhält. Oft gibt es in solchen Modellen ein instabiles oder nicht masseloses dunkles Photon. Es zerfällt schnell in andere Teilchen, beispielsweise Elektron-Positron-Paare. Außerdem ist das dunkle Photon, so die Hypothese, in der Lage, direkt mit bekannten Teilchen wie Elektronen oder Myonen zu interagieren. Aber nur, wenn diese Teilchen eine Ladung tragen, die mit der oben genannten neuen Wechselwirkung verbunden ist.
Wie hängen dunkle Photonen mit dem kosmischen Netz zusammen?
Es wird auch erwartet, dass dunkle und gewöhnliche Photonenwerden sich wie verschiedene Arten von Neutrinos vermischen. Dadurch können sie in niederfrequente Photonen umgewandelt werden. Sie wiederum werden das kosmische Netz erhitzen. Im Gegensatz zu anderen Erwärmungsmechanismen, die auf astrophysikalischen Prozessen wie Sternentstehung und galaktischen Winden beruhen, ist dieser Prozess jedoch auch in Regionen des Weltraums mit geringer Dichte diffuser und effizienter.
fehlendes Element
Typischerweise verwendeten Astrophysiker kosmische Fäden,um die kleinräumigen Eigenschaften der Dunklen Materie zu erforschen. In der neuen Studie verwendeten Wissenschaftler jedoch erstmals Daten aus dem intergalaktischen Medium mit niedriger Rotverschiebung als Kalorimeter. Ziel ist es zu testen, ob alle bisher von Astronomen beobachteten Erwärmungsprozesse ausreichen, um die am COS gewonnenen Daten zu reproduzieren.
einer der massereichsten bekannten Galaxienhaufen, RX J1347.5–1145, dessen Zentrum hier in einem dunklen "Loch" in ALMA-Beobachtungen sichtbar ist. Quelle: ALMA, CC BY 4.0, über Wikimedia Commons
Das besagt Einsteins RelativitätstheorieEine Uhr, die näher an einem großen Körper (z. B. der Erde) steht, läuft langsamer als eine Uhr, die weiter entfernt ist, beispielsweise im Weltraum. Dieses als Gravitationsrotverschiebung bekannte Phänomen wurde bereits zuvor von Forschern bestätigt.
Am Ende stellten sie fest, dass dies nicht der Fall ist: Es fehlt ein Element. Daher haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass sich das Ganze in dunklen Photonen befindet.
Was weiter?
In einer neuen Studie haben Physiker ermitteltMasse und Mischung eines dunklen Photons mit einem Photon des Standardmodells. Es ist notwendig, Inkonsistenzen zwischen Beobachtungen und Simulationen zu beseitigen. In Zukunft wird dieses Experiment zu weiteren theoretischen und Beobachtungsstudien führen, um die Möglichkeit zu untersuchen, dass ein dunkles Photon dunkle Materie darstellen könnte.
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