Es gibt vieles, was wir noch nicht über Dunkle Materie wissen – diese mysteriöse, unsichtbare Masse, die bis zu 85 Prozent von allem um uns herum ausmachen könnte – aber ein neues Papier skizziert eine eher ungewöhnliche Hypothese über die Entstehung des Materials.
Kurzum: Dunkle Materie erzeugt dunkle Materie. Die Idee ist, dass Teilchen der Dunklen Materie irgendwann in den frühen Stadien des Universums in der Lage waren, aus Teilchen der regulären Materie mehr Dunkle-Materie-Teilchen zu erzeugen, was in gewisser Weise erklären würde, warum es jetzt so viel von dem Zeug gibt.
Die neue Forschung baut auf früheren Vorschlägen für ein „Thermalbad“ auf, bei dem reguläre Materie in Form von Plasma die ersten Teilchen dunkler Materie erzeugte – anfängliche Teilchen, die dann die Kraft hätten, Wärmebadteilchen in weitere dunkle Materie umzuwandeln.
„Dies führt zu einem exponentiellen Wachstum der Zahlendichte der Dunklen Materie in enger Analogie zu anderen bekannten exponentiellen Wachstumsprozessen in der Natur“, schreibt das internationale Physikerteam um Torsten Bringmann von der Universität Oslo in Norwegen in ihrer neu erschienenen Arbeit .
Es gibt einige unbeantwortete Fragen zu dieser neuen Hypothese, wie es bei allem, was mit Dunkler Materie zu tun hat, normal ist, aber vor allem passt sie zu den Beobachtungen der Dunklen Materie, die wir heute über den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) haben.
Obwohl wir Dunkle Materie nicht direkt sehen können, deutet das Verhalten des Universums zusammen mit der elektromagnetischen Strahlung, aus der das CMB besteht, stark darauf hin, dass dunkle Materie irgendwo da draußen ist – und zwar in sehr großen Mengen.
Es gibt eine Vielzahl von Szenarien, die versuchen, Bedingungen zu erklären, die die Proportionen der dunklen Materie, die wir sehen, einschränken könnten. Ein Szenario, das als Einfrier-Szenario bezeichnet wird, schlägt vor, dass dunkle Materie im heißen Bad des frühen Plasmas auch aufgetreten sein mag, sie jedoch durch nichts aufgehoben wurde. Als sich das Universum ausdehnte, hörte seine allmähliche Erzeugung einfach auf und hielt für immer einen bestimmten Betrag fest.
Im Gegensatz dazu legt ein Freeze-out-Modell nahe, dass dunkle Materie genauso schnell auftauchte wie normale Materie, aber ein Gleichgewicht erreichte, sobald Antiteilchen einiges aufhoben. Wieder einmal kühlte die Abkühlung des expandierenden Universums seine Generation ab, aber auch seine Fähigkeit, sich schnell zu vernichten, und ließ uns eine bestimmte Menge zurück.
Diese neue Studie schlägt noch eine weitere Möglichkeit vor – mehr oder weniger zwischen den beiden Extremen. Wenn es richtig ist, würde dies bedeuten, dass die Menge an Dunkler Materie mit der Expansion des Universums sehr schnell gewachsen ist, wobei sich dieses Wachstum verlangsamt und schließlich aufhört, wenn sich die Expansion des Universums verlangsamt.
Da reguläre Materie und dunkle Materie im Laufe der Zeit immer mehr voneinander entfernt sind, ist diese Produktionslinie für dunkle Materie versiegt. Darüber hinaus, so die Forscher, sollte es irgendwo da draußen im CMB Beweise dafür geben, dass diese Theorie richtig ist, also besteht die nächste Aufgabe darin, sie zu finden.
Wir verfügen über äußerst empfindliche Detektoren für dunkle Materie, die den Kosmos überwachen, daher wird es möglicherweise nicht lange dauern, bis wir mehr über diesen neuen Ansatz zum Verständnis der Produktion dunkler Materie erfahren – und uns wiederum mehr über die Entstehung und das Wachstum des Universums beibringen.
„Unser Mechanismus ergänzt sowohl die Szenarien der thermischen Produktion mit Einfrier- als auch aus dem Einfrieren auf generische Weise“, schreiben die Forscher. “Die weitere und detaillierte Erforschung dieser neuen Art der Herstellung von Dunkler Materie aus dem Thermalbad erscheint daher sehr gerechtfertigt.”
Die Studie wurde veröffentlicht in Physische Überprüfungsschreiben.