In kleinen Galaxien kann es bei der richtigen Resonanz zu einer Streuung der dunklen Materie kommen

Dunkle Materieteilchen können nur dann gegeneinander streuen, wenn sie auf die richtige Energie treffen. Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde. Dies mag erklären, warum Galaxien unterschiedlicher Größe die Formen annehmen, die sie annehmen.

Dunkle Materie ist eine mysteriöse und unbekannte Form der Materie, die heutzutage mehr als 80% der Materie im Universum ausmacht. Man glaubt, dass sie durch ihre Anziehungskraft für die Bildung von Sternen und Galaxien verantwortlich ist und zu unserer Existenz führt.

Wie der Autor der Zeitung, Hitoshi Murayama, Berkeley-Professor an der Universität von Kalifornien und Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, sagt: „Dunkle Materie ist eigentlich unsere Mutter, die uns alle zur Welt gebracht hat. Aber wir haben sie nicht getroffen. irgendwie wurden wir bei der Geburt getrennt. Wer ist sie? Das ist die Frage, die wir wissen wollen. “

Astronomen beobachteten, dass die Dunkle Materie in kleinen Galaxien nicht sehr stark zu verklumpen scheint, ihre Dichte jedoch in größeren Systemen wie Galaxienhaufen einen starken Peak aufweist. Es war ein Rätsel, warum sich verschiedene Systeme unterschiedlich verhalten (Kavli IPMU - Kavli IPMU modifizierte diese Zahl basierend auf dem von der NASA, STScI, gutgeschriebenen Bild).

Die Astronomen haben bereits festgestellt, dass dunkle Materie nicht so stark zusammenzuklumpen scheint, wie Computersimulationen es nahelegen. Wenn die Schwerkraft die einzige Kraft ist, die die dunkle Materie antreibt, nur zieht und niemals drückt, dann sollte die dunkle Materie zum Zentrum der Galaxien hin sehr dicht werden. In einigen Fällen - insbesondere bei kleinen, schwachen Galaxien, den so genannten Zwergkugelförmigen Galaxien - scheint die dunkle Materie jedoch nicht so dicht zu werden, wie es zu ihren Zentren hin erwartet wird.

Dieses Rätsel könnte gelöst werden, wenn dunkle Materie wie Billardkugeln miteinander verstreut und sich nach einer Kollision gleichmäßiger ausbreitet.

Ein Problem bei dieser Idee ist, dass dunkle Materie in größeren Systemen wie Galaxienhaufen zu verklumpen scheint. Wodurch verhält sich dunkle Materie zwischen zwergartigen Sphäroidalen und Galaxienhaufen unterschiedlich? Das internationale Forscherteam von Instituten in Japan, Deutschland und Österreich hat eine Erklärung entwickelt, die dieses Rätsel lösen und schließlich aufdecken könnte, was dunkle Materie ist.

Der chinesische Physiker Xiaoyong Chu, Postdoktorand an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, erklärt: „Wenn dunkle Materie nur mit einer geringen, aber sehr speziellen Geschwindigkeit miteinander streut, kann dies häufig in Zwergsphäroidalen vorkommen, in denen sie sich langsam bewegt, aber es ist so selten in Galaxienhaufen, in denen es sich schnell bewegt. Es muss auf Resonanz stoßen. “

Resonanz ist ein weit verbreitetes Phänomen, dem wir täglich begegnen. Zum Beispiel weist Murayama darauf hin, dass man es mit der richtigen Geschwindigkeit verwirbeln muss, um mehr Sauerstoff aus einem Glas Wein zu holen, damit es mehr Aroma ausströmt und seinen Geschmack mildert. Oder bei einem alten analogen Radio drehen Sie das Wahlrad, um die richtige Frequenz für Ihren Lieblingssender zu finden.

Das Team vermutet genau das, was die Dunkle Materie tut.

Murayama fährt fort: „Soweit wir wissen, ist dies die einfachste Erklärung für das Rätsel. Wir sind aufgeregt, weil wir vielleicht bald wissen, was dunkle Materie ist. “

Der kolumbianische Forscher Camilo Garcia Cely, ein Postdoktorand am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Deutschland, gab jedoch an, dass das Team zunächst nicht davon überzeugt war, dass eine so einfache Idee die Daten korrekt erklären würde.

Cely sagt: „Zuerst waren wir ein bisschen skeptisch, dass diese Idee die Beobachtungsdaten erklären wird; Aber als wir es einmal ausprobiert haben, hat es wie ein Zauber gewirkt! “

Das Team ist der Ansicht, dass es kein Zufall ist, dass dunkle Materie genau die richtige Note trifft.

Cely fährt fort: „Es gibt viele andere Systeme in der Natur, die ähnliche Unfälle aufweisen: In Sternen treffen Alphateilchen auf eine Resonanz von Beryllium, die wiederum auf eine Resonanz von Kohlenstoff trifft und die Bausteine ​​erzeugt, die das Leben auf der Erde entstehen lassen. Ein ähnlicher Prozess findet für ein subatomares Teilchen namens Phi statt. “

Chu fährt fort: „Es könnte auch ein Zeichen dafür sein, dass unsere Welt mehr Dimensionen hat, als wir sehen. Wenn sich ein Teilchen in zusätzlichen Dimensionen bewegt, hat es Energie.

„Für uns, die wir die zusätzliche Dimension nicht sehen, denken wir, dass die Energie dank Einsteins E = mc2 tatsächlich eine Masse ist. Vielleicht bewegt sich ein Partikel in einer zusätzlichen Dimension doppelt so schnell, sodass seine Masse genau doppelt so groß ist wie die der dunklen Materie. “

Der nächste Schritt des Teams wird darin bestehen, Beobachtungsdaten zu finden, die ihre Theorie stützen.

Murayama sagt: "Wenn dies zutrifft, wird die zukünftige und detailliertere Beobachtung verschiedener Galaxien zeigen, dass die Streuung der dunklen Materie tatsächlich von ihrer Geschwindigkeit abhängt."

Er leitet eine eigene internationale Gruppe, die genau dies mit dem im Bau befindlichen Prime Focus Spectrograph tun will. Das 80-Millionen-US-Dollar-Instrument wird auf dem Subaru-Teleskop auf Mauna Kea auf Big Island, Hawaii, montiert, mit dem die Geschwindigkeit von Tausenden von Sternen in zwergartigen Sphäroidalen gemessen werden kann.

Physikalische Überprüfungsschreiben für Originalforschung: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.071103

Ursprünglich veröffentlicht bei sciscomedia.co.uk am 28. Februar 2019.