Dunkle Materie Kann Elektrische Ladung Haben

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Seltsame daten aus dem kosmischen morgengrauen des universums deuten darauf hin, dass dunkle materie elektrische ladung tragen könnte.

Dunkle Materie, der Stoff, von dem angenommen wird, dass er etwa ein Viertel des Universums ausmacht, aber scheinbar überhaupt nicht mit Licht interagiert, könnte laut einer neuen Studie eine winzige elektrische Ladung haben.

Bisher hat dunkle Materie ihre Präsenz nur durch die Schwerkraft, durch das Ziehen an Sternen und Galaxien, sichtbar gemacht. Die Astrophysiker Julian Muñoz und Abraham Loeb von der Harvard University deuten jedoch an, dass ein kleiner Teil der Partikel der dunklen Materie eine winzige elektrische Ladung haben könnte. Dies bedeutet, dass dunkle Materie durch die elektromagnetische Kraft mit normaler Materie interagieren kann.

Wenn dies zutrifft, würde diese Idee nicht nur einen großen Schritt im Verständnis der Dunklen Materie darstellen, sondern auch ein jüngstes Rätsel erklären, das die Kosmologen verwirrt hat.

Neugierige Abkühlung

Im Februar gaben Astronomen die erste Entdeckung eines aus dem kosmischen Morgengrauen schwer zu erfassenden Signals aus Wasserstoffgas bekannt. Dies war etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall, als die ersten Sterne zu leuchten begannen. Zu dieser Zeit war das zwischen den Sternen schwebende Wasserstoffgas kalt - kälter als der kosmische Mikrowellenhintergrund, die verbleibende Strahlung des Urknalls, die das Universum badet. [Big Bang to Civilization: 10 erstaunliche Origin-Ereignisse]

Da Wasserstoff kühler ist als dieses Nachglühen, absorbiert das Gas die Strahlung - insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge von 21 Zentimeter. Durch die Messung der Absorption von Strahlung durch Wasserstoff können Astronomen die kosmische Dämmerung, eine relativ unbekannte Ära der kosmischen Geschichte, besser verstehen. Mit einer Radioantenne in Westaustralien, dem Experiment zur Erkennung der globalen Epoche der Reionisationssignatur (EDGES), konnte ein Astronomen-Team diese Absorption erstmals nachweisen.

"Dies ist an und für sich eine erstaunliche wissenschaftliche Entdeckung", sagte Muñoz gegenüber WordsSideKick.com. Darüber hinaus stellten die Astronomen fest, dass doppelt so viele Photonen vom Wasserstoff absorbiert wurden wie erwartet. Damit das Gas so viel Strahlung absorbieren kann, müsste es noch kühler sein, als Wissenschaftler dachten.

Muñoz und Loeb schlugen vor, dass dunkle Materie der Grund für die neugierige Abkühlung sein könnte. In einer am 30. Mai in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Arbeit stellten sie fest, 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 Ihre Limonade ab. "Eis ist hier die dunkle Materie", sagte Muñoz.

Ihre Idee ist nicht völlig neu. Vor Jahrzehnten haben Physiker vorgeschlagen, dass Teilchen der dunklen Materie eine elektrische Ladung haben könnten.

Und es ist nicht die einzige Erklärung für diese Abkühlung. 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 der dunklen Materie, die nicht unbedingt eine Ladung hat, die normale Materie abkühlen und die EDGES-Daten erklären kann.

Beide Vorschläge für 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 was die Funkbeobachtung als auch die Interpretation angeht", sagte Barkana gegenüber WordsSideKick.com.

Dutzende Ideen

Dunkle Materie ist nur eine von Dutzenden von Ideen, die vorgeschlagen werden, um die Anomalie zu erklären. Anstelle eines kühleren Gases könnte beispielsweise die Hintergrundstrahlung heißer sein als erwartet, wobei ein exotischer Prozess mehr Strahlung produziert, die noch nicht berücksichtigt wurde. Oder es könnten einfach Fehler bei der Analyse oder Messung auftreten.

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

"Wenn EDGES korrekt ist, glaube ich nicht, dass es irgendeine konventionelle Erklärung gibt, die überzeugt", sagte Steven Furlanetto, ein Astrophysiker an der University of California in Los Angeles, der nicht an der Studie beteiligt war. "Sie müssen wirklich zu einem dieser nicht standardmäßigen Physik-Szenarien gehen, und in diesem Fall denke ich, dass es weit offen ist."

Muñoz ist jedoch ein Teil der Erklärung der dunklen Materie. "Wenn EDGES tatsächlich recht hat, scheint es sehr schwer 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, beispielsweise ein Radioteleskop in Südafrika, das so genannte Hydrogen Epoch of Reionization Array, messen, wie sich die Absorption über den Himmel verändert. Wenn ein kleiner Teil der dunklen Materie elektrisch aufgeladen ist, wie Muñoz und Loeb sagen, wird in dieser Variante ein deutliches Muster erzeugt - ein Schlüsseltest für elektrisch geladene dunkle Materie.

Ursprünglich auf WordsSideKick.com veröffentlicht.


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