Die Erde schwimmt möglicherweise durch einen Ozean aus Dunkle Materie – und die Wellen dieses unsichtbaren Ozeans, die gegen die obere Atmosphäre unseres Planeten schlagen, könnten erkennbare Radiowellen erzeugen, die es uns ermöglichen, diesen schwer fassbaren Bestandteil des Universums endlich zu finden, wie neue theoretische Forschungsergebnisse zeigen.
Eine Fülle astrophysikalischer und kosmologischer Beweise weist auf die Existenz dunkler Materie hin, von den unerklärlichen Rotationskurven bestimmter Galaxien bis zum Wachstum der größten Strukturen im Universum. Versuche, diese Vielzahl von Beobachtungen mit alternativen Formulierungen von Schwere sind gescheitert, daher glaubt die überwiegende Mehrheit der Astronomen, dass dunkle Materie eine unbekannte Form von Materie ist, die nur selten mit Licht oder normaler Materie interagiert.
Aber das ist eine sehr weit gefasste Idee, die viele Möglichkeiten umfasst. Dunkle Materie kann aus massiven Partikeln bestehenaber die Suche nach solchen Teilchen verlief bisher weitgehend ergebnislos. Eine interessante Alternative ist also, dass dunkle Materie außergewöhnlich leicht ist, entweder in Form theoretischer Teilchen, die als „Axionen“ bekannt sind, oder als exotische Form von Photonen, die ein wenig Masse tragen.
Mit dieser unglaublichen Leichtigkeit – Millionen Mal leichter als die leichtesten bekannten Teilchen – könnte sich dunkle Materie auf sehr seltsame Weise verhalten. Insbesondere würde die dunkle Materie nicht als einzelne punktförmige Kugeln erscheinen, sondern verhalten sich eher wie große Wellen die durch den Kosmos schwappen.
In einem Kürzlich durchgeführte Studie In einer auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlichten Studie untersuchten Physiker Modelle ultraleichter Dunkler Materie, die nicht völlig dunkel war, sodass sie nur äußerst selten mit normaler Materie interagieren konnte. Meistens wurden diese Interaktionen kaum registriert und erzeugten nichts nachweisbares. In seltenen Fällen interagierten die Dunkle Materie und die normale Materie jedoch so stark, dass eine beträchtliche Menge an Radiowellen.
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Dies würde passieren, wenn die dunkle Materie auf eine Plasma und wenn die Frequenz der Dunkle-Materie-Wellen mit der Frequenz der Plasmawellen übereinstimmt. Wenn dies geschieht, tritt eine Resonanz auf, die die Wechselwirkung verstärkt und Strahlung in Form von Radiowellen erzeugt, so die Modelle des Teams.
Plasmen sind im Universum nichts Neues – alle Sterne spucken Plasma in Form von Sternwinden in den Weltraum – Theoretiker hatten daher bereits die Entstehung von Radiowellen durch die Wechselwirkung dunkler Materie mit Umgebungen wie der Sonnenkorona oder dem interstellaren Medium untersucht. Doch bei dieser neuen Untersuchung entdeckten die Wissenschaftler einen Wechselwirkungspunkt, der viel näher an unserem Zuhause liegt: die Ionosphäre unseres Planeten.
Die Ionosphäre der Erde ist die dünne, heiße Schicht der oberen Atmosphäre und besteht aus einer losen Ansammlung ionisierter (geladener) Teilchen – einem Plasma. Natürlicherweise schwappen Wellen durch sie hindurch, und die Forscher entdeckten, dass diese Wellen mit Wellen hypothetischer Dunkler Materie interagieren können, die möglicherweise über die Erde hinwegfegen.
Die durch diese Wechselwirkung erzeugten Radiowellen wären kaum wahrnehmbar. Doch die Forscher fanden heraus, dass sie diese Wellen möglicherweise aufspüren könnten, wenn sie ein Jahr lang mit einer sorgfältig abgestimmten Radioantenne nach Radiowellen einer bestimmten Frequenz suchten.
Diese Idee ist besonders vielversprechend, da die Ionosphäre der Erde gegenüber anderen Quellen von Radiowellen, die von Dunkler Materie erzeugt werden, mehrere Vorteile bietet. Zum einen reflektiert die Ionosphäre auf natürliche Weise viele Radiowellen aus dem tieferen Weltraum und ist daher relativ frei von Störsignalen. Zum anderen befindet sich die Ionosphäre direkt über uns, ist leicht zugänglich und bereits Gegenstand ständiger Überwachung und Untersuchung.
Das ist ein unwahrscheinliches Unterfangen. Diese Form dunkler Materie ist höchst theoretisch und es würde Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern, die Beobachtungstechnik zur Suche nach diesen Radiowellen zu perfektionieren. Aber wenn es funktioniert, wäre es eine Goldmine, die es uns ermöglichen würde, eines der geheimnisvollsten Elemente des Universums direkt vor unserer kosmischen Haustür zu untersuchen.