Wissenschaftler glauben, dass dunkle Materie nach einer bahnbrechenden Studie als alternatives Universum angesehen werden könnte.
In der neuen Arbeit von Dr. Arushi Bodas, einem Postdoktoranden am Enrico Fermi Institute der University of Chicago, und seinen Kollegen heißt es, dass Dunkle Materie als ein verzerrtes Alternativuniversum betrachtet werden könnte und sollte, das sich nie vollständig entwickelt hat.
Doch bevor wir über das Papier diskutieren, ist es wichtig zu verstehen, wie mysteriös die dunkle Materie wirklich ist.
Das ist jedoch leichter gesagt als getan.
Obwohl sie mehr als 80 Prozent der gesamten Materie im Universum ausmacht, haben Wissenschaftler die Dunkle Materie noch nicht beobachtet. Ihre Existenz wird vermutet, weil das Verhalten von Sternen, Planeten und Galaxien ohne ihre Anwesenheit völlig unerklärlich wäre.
Dunkle Materie ist schwer zu beobachten; Tatsächlich ist es völlig unmerklich. Es strahlt weder Licht noch Energie aus und ist daher für herkömmliche Sensoren und Detektoren nicht erkennbar.
Wissenschaftler glauben, dass seine Zusammensetzung der Schlüssel zum Verständnis seiner mysteriösen Natur ist. Sichtbare Materie, auch baryonische Materie genannt, besteht aus subatomaren Teilchen, den sogenannten Baryonen, die aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen. Die Zusammensetzung der Dunklen Materie bleibt hingegen spekulativ.
Potenziell könnte es aus Baryonen bestehen, es könnte aber auch aus nicht-baryonischer Materie bestehen, was sich auf verschiedene Arten von Teilchen bezieht. Die vorherrschende Meinung unter Wissenschaftlern ist, dass dunkle Materie hauptsächlich aus nichtbaryonischer Materie besteht. Ein weiterer potenzieller Kandidat sind Neutralinos, hypothetische Teilchen, die schwerer und langsamer als Neutrinos sind, obwohl sie noch beobachtet werden müssen.
Auch sterile Neutrinos gelten als Kandidaten für Dunkle Materie. Neutrinos sind Teilchen, die nicht zur regulären Materie beitragen. Während ein Strom von Neutrinos von der Sonne ausgeht, interagieren sie selten mit normaler Materie und durchqueren die Erde und Milliarden von Bewohnern. Unter den drei bekannten Arten von Neutrinos wird das sterile Neutrino als potenzieller Kandidat für die Dunkle Materie vorgeschlagen. Es würde nur durch die Schwerkraft mit normaler Materie interagieren.
Die jüngste Hypothese geht davon aus, dass dunkle Materie in unserem verzerrten Paralleluniversum existiert, in dem Atome nicht zusammenkommen können. Im Bereich der gewöhnlichen Materie besitzen Protonen und Neutronen nahezu identische Massen und schaffen so die notwendigen Voraussetzungen für die Bildung stabiler Atome.
Die aktuelle Studie schlägt die Existenz eines potenziellen Schattenuniversums vor, in dem Protonen und Neutronen asymmetrische Massen haben, was zu einer chaotischen Mischung subatomarer Teilchen führt, die selten interagieren. Mit anderen Worten, das genaue Gegenteil der Funktionsweise herkömmlicher Materie. Dieses Phänomen könnte auch klären, warum Dunkle Materie nicht aggregiert.
Seitdem Astronomen in den 1930er-Jahren erstmals die Anwesenheit dunkler Materie vermuteten, tobten Debatten darüber, was sie ist (und was nicht). Beobachtungen deuten darauf hin, dass es die gewöhnliche Materie um ein Verhältnis von 6 zu 1 übertrifft. Galaxien und Galaxienhaufen sind von massiven Kugeln, sogenannten „Halos“, aus dunkler Materie umgeben.
Um unentdeckt zu bleiben, vermuten Astronomen, dass diese beträchtliche Materialmenge aus Partikeln bestehen muss, die nur minimale Wechselwirkungen mit gewöhnlicher Materie oder sogar untereinander haben. Ihre Hauptfunktion besteht darin, das Gravitationsgerüst für leuchtende Materie bereitzustellen. Astronomen gehen davon aus, dass diese Halos in den frühen Stadien der kosmischen Geschichte entstanden sind und anschließend gewöhnliche Materie anzogen, die sich aufgrund ihrer vielfältigen Verhaltensweisen zu komplexen Strukturen entwickelte, während dunkle Materie aufgrund ihrer Inaktivität unverändert blieb.
Dunkle Energie hingegen scheint nur dazu zu dienen, die kosmische Expansion zu beschleunigen, und die vorhandenen Beweise deuten darauf hin, dass sie während der gesamten Existenz des Universums konstant geblieben ist.
Obwohl eine Minderheit der Wissenschaftler die Idee der Dunklen Materie ablehnt, gibt es mittlerweile eine Fülle von Beweisen für ihre Existenz, wobei eine der einfachsten Erklärungen die Rotation von Galaxien ist.
Wie Dr. Don Lincoln, ein leitender Wissenschaftler am Fermilab, Amerikas führendem Labor für Teilchenphysik, festgestellt hat, führen die Geschwindigkeiten der Planeten trotz der Anziehungskraft auf die Sonne zu nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen.
Das Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Schwerkraft führt dazu, dass sich weiter von der Sonne entfernte Planeten langsamer bewegen als solche in näherer Nähe. Auch in Galaxien folgen Sterne einem ähnlichen Muster, wobei die Gesetze der Physik analoge Vorhersagen treffen.
Insbesondere dürften sich Sterne, die weiter vom galaktischen Zentrum entfernt sind, langsamer bewegen als Sterne, die näher daran liegen.
Beobachtungen von Astronomen zeigen jedoch, dass sich Sterne in den äußeren Regionen von Galaxien schneller bewegen als erwartet. Wenn die Gesetze der Schwerkraft und der Bewegung gelten, ist die einzig plausible Erklärung das Vorhandensein zusätzlicher, unsichtbarer Materie, die die Gravitationskraft verstärkt, die diese sich schnell bewegenden Sterne erfahren.
Die neue Arbeit von Dr. Bodas und seinen Kollegen ist nur die jüngste, die die These „Dunkle Materie existiert wirklich“ untermauert.