Dunkle Materie kann eine elektrische Ladung haben

Dunkle Materie, das Material, von dem man annimmt, dass es etwa ein Viertel des Universums ausmacht, scheint mit einer neuen elektrischen Ladung zu arbeiten.

Bisher hat die Dunkle Materie ihre Präsenz nur durch die Schwerkraft bekannt gemacht, indem sie an Sternen und Galaxien zerrte. Aber jetzt vermuten die Astrophysiker Julian Muñoz und Abraham Loeb von der Harvard University, dass ein kleiner Bruchteil von Teilchen mit dunkler Materie eine winzige elektrische Ladung haben könnte - was bedeutet, dass dunkle Materie mit normaler Materie durch die elektromagnetische Kraft interagieren könnte.

Wenn das stimmt, wäre diese Idee nicht nur ein großer Schritt zum Verständnis der dunklen Materie, sondern würde auch ein neues Mysterium erklären, das Kosmologen verwirrt hat.

Neugierige Kühlung

Im Februar kündigten Astronomen die erste Entdeckung eines schwer fassbaren Signals von Wasserstoffgas aus der kosmischen Morgendämmerung an, dem Zeitraum etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall, als die ersten Sterne zu leuchten begannen. Zu dieser Zeit war das Wasserstoffgas, das zwischen den Sternen schwamm, kalt - kälter als der kosmische Mikrowellenhintergrund, die übrig gebliebene Strahlung vom Urknall, der das Universum umspült. [Big Bang zur Zivilisation: 10 erstaunliche Origin-Events]

Da Wasserstoff kühler ist als dieses Nachleuchten, 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 besser verstehen, eine relativ unbekannte Ära der kosmischen Geschichte. Mit Hilfe einer Radioantenne in Westaustralien, genannt "Experiment zur Entdeckung der Globalen Epoche der Reionisationssignatur" (EDGES), konnte ein Team von Astronomen diese Absorption zum ersten Mal feststellen.

"Dies ist, an und für sich, eine erstaunliche wissenschaftliche Entdeckung", sagte Muñoz Live Science. Aber mehr als das, fügte er hinzu, fanden die Astronomen heraus, dass doppelt so viele Photonen vom Wasserstoff absorbiert wurden als erwartet. Damit das Gas so viel Strahlung absorbieren kann, müsste es noch kühler sein, als die Wissenschaftler dachten.

Muñoz und Loeb schlugen vor, dass die Dunkle Materie der Grund für die seltsame Abkühlung sein könnte. In einem am 30. Mai in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel fanden sie, dass, wenn weniger als 1 Prozent der dunklen Materie etwa ein Millionstel der elektrischen Ladung eines Elektrons hätte, diese schwer fassbare Materie dem Wasserstoff Wärme entziehen könnte - ähnlich wie Eiswürfel kühlen Sie Ihre Limonade. "Eis, hier ist die dunkle Materie", sagte Muñoz.

Ihre Idee ist nicht komplett neu. Vor Jahrzehnten schlugen Physiker vor, dass Teilchen mit dunkler Materie eine elektrische Ladung haben könnten.

Und es ist nicht die einzige Erklärung für diese Kühlung. In einem Artikel vom 1. März in der Zeitschrift Nature schlug Rennan Barkana, ein Kosmologe an der Universität Tel Aviv in Israel, vor, dass eine allgemeinere Form dunkler Materie, die nicht unbedingt eine Ladung hat, normale Materie kühlen und die EDGES-Daten erklären könnte .

Beide Vorschläge für die dunkle Materie machen ähnliche Vorhersagen, sagte Barkana, der an der aktuellen Studie nicht beteiligt war.

"Dies ist eine Zeit für behutsamen Optimismus und Offenheit, sowohl für die Radio-Beobachtung als auch für die Interpretation", sagte Barkana gegenüber Live Science.

Dutzende von Ideen

Dunkle Materie ist nur eine von Dutzenden von Ideen, die zur Erklärung der Anomalie vorgeschlagen wurden. Zum Beispiel könnte die Hintergrundstrahlung wärmer als erwartet sein, anstatt dass das Gas kühler wird, wobei ein exotischer Prozess mehr Strahlung erzeugt, die noch berücksichtigt werden muss. Oder es könnte einfach Fehler bei der Analyse oder Messung geben.

Tatsächlich ist die EDGES-Beobachtung die erste ihrer Art. Obwohl das Team zwei Jahre lang die Analyse überprüft und doppelt überprüft hat, werden die Forscher mehr Daten benötigen, um die verwirrenden Ergebnisse zu bestätigen.

"Wenn EDGES richtig ist, glaube ich nicht, dass es eine herkömmliche Erklärung gibt, die überzeugend ist", sagte Steven Furlanetto, ein Astrophysiker an der Universität von Kalifornien, 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 zu der Erklärung der dunklen Materie partiell. "Wenn EDGES tatsächlich recht hat, scheint es sehr schwierig, dass dies nicht das Ergebnis der dunklen 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 z. B. ein Radioteleskop in Südafrika, die Hydrogen Epoche von Reionization Array, messen, wie die Absorption über den Himmel variiert. Wenn ein kleiner Bruchteil der dunklen Materie elektrisch geladen ist, wie Muñoz und Loeb sagen, dann wird es in dieser Variante ein deutliches Muster erzeugen - ein Schlüssel-Test für elektrisch geladene Dunkle Materie.

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