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

Teilchen der Dunklen Materie können nur dann gegeneinander streuen, wenn sie die richtige Energie treffen. Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde. Dies könnte erklären, warum Galaxien unterschiedlicher Größe die Formen annehmen, die sie annehmen.

Dunkle Materie ist eine mysteriöse und unbekannte Form von Materie, die heute mehr als 80% der Materie im Universum ausmacht. Man geht davon aus, dass sie aufgrund ihrer Anziehungskraft für die Bildung von Sternen und Galaxien verantwortlich ist und zu unserer Existenz führt.

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 geboren 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 stark ansteigt. Es war ein Rätsel, warum sich verschiedene Systeme unterschiedlich verhalten (Kavli IPMU - Kavli IPMU hat diese Zahl basierend auf dem von der NASA, STScI, gutgeschriebenen Bild geändert).

Astronomen haben bereits festgestellt, dass dunkle Materie nicht so stark zusammenklumpt, wie es Computersimulationen vermuten lassen. Wenn die Schwerkraft die einzige Kraft ist, die dunkle Materie antreibt, nur zieht und niemals drückt, sollte dunkle Materie zum Zentrum der Galaxien hin sehr dicht werden. In einigen Fällen - insbesondere bei kleinen schwachen Galaxien, die als Zwergsphäroidale bezeichnet werden - scheint die dunkle Materie in Richtung ihrer Zentren nicht so dicht zu werden, wie erwartet.

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. Was verhält dunkle Materie zwischen Zwergsphäroidalen und Galaxienhaufen anders? Das internationale Forscherteam von Instituten in Japan, Deutschland und Österreich hat eine Erklärung entwickelt, die dieses Rätsel lösen und schließlich enthüllen 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 bei Zwergkugelkernen vorkommen, bei denen sie sich langsam bewegt, aber es ist selten in Galaxienhaufen, in denen es sich schnell bewegt. Es muss eine Resonanz treffen. “

Resonanz ist ein weit verbreitetes Phänomen, dem wir jeden Tag begegnen. Murayama weist zum Beispiel darauf hin, dass man es mit der richtigen Geschwindigkeit schwenken muss, um mehr Sauerstoff aus einem Glas Wein herauszuholen, damit es mehr Aroma freisetzt und seinen Geschmack mildert. Oder bei einem alten analogen Radio drehen Sie den Drehknopf, um die richtige Frequenz für die Einstellung Ihres Lieblingssenders zu finden.

Das Team vermutet, dass genau dies 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, Postdoktorand am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Deutschland, weist jedoch darauf hin, dass das Team zunächst nicht davon überzeugt war, dass eine so einfache Idee die Daten korrekt erklären würde.

Cely sagt: „Erstens waren wir etwas skeptisch, dass diese Idee die Beobachtungsdaten erklären wird. Aber als wir es einmal ausprobiert haben, hat es wie ein Zauber funktioniert! “

Das Team glaubt, dass es kein Zufall ist, dass dunkle Materie genau die richtige Note treffen kann.

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 Leben auf der Erde hervorgebracht haben. Ein ähnlicher Prozess findet für ein subatomares Teilchen namens Phi statt. “

Chu fährt fort: „Es kann 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 Teilchen in einer zusätzlichen Dimension doppelt so schnell und macht seine Masse genau doppelt so groß wie die Masse der dunklen Materie. “

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

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

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

Original Research Physical Review Letters: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.071103

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