Dunkle Materie, die mysteriöse Substanz, die ein Viertel der Masse und Energie des Universums ausmacht, könnte aus extrem kleinen und hellen Teilchen bestehen, so neue Forschungsergebnisse. Diese „unscharfe“ Form der dunklen Materie - die so genannt wird, weil die Wellenlängen dieser winzigen Teilchen über ein kolossal riesiges Gebiet verschmiert wären - hätte den Verlauf der kosmischen Geschichte verändert und im frühen Universum lange und wispige Filamente anstelle von klumpigen Galaxien erzeugt. nach Simulationen.
Die Ergebnisse haben Beobachtungsfolgen - kommende Teleskope werden in der Lage sein, auf diese frühe Zeit zurückzublicken und möglicherweise zwischen verschiedenen Arten dunkler Materie zu unterscheiden, sodass Physiker ihre Eigenschaften besser verstehen können.
Dunkle Materie ist eine unbekannte massive Substanz, die im gesamten Kosmos vorkommt. Es gibt kein Licht ab - daher der Name Dunkle Materie -, aber seine Gravitationseffekte helfen dabei, galaktische Cluster zusammenzubinden und Sterne an den Rändern von Galaxien schneller zu drehen, als sie es sonst tun würden. Viele Wissenschaftler glauben, dass die meiste dunkle Materie kalt ist, was bedeutet, dass sie sich relativ langsam bewegt. Aber es gibt ganz andere Ideen, wie die Möglichkeit, dass es winzig und verschwommen ist, was bedeutet, dass es sich schnell bewegen würde, weil es so leicht ist.
"Unsere Simulationen zeigen, dass die ersten Galaxien und Sterne, die sich bilden, in einem Universum mit unscharfer dunkler Materie ganz anders aussehen als in einem Universum mit kalter dunkler Materie", so Lachlan Lancaster, Absolvent der Astrophysik an der Princeton University und Mitautor einer neuen Arbeit in der Zeitschrift Physical Review Letters, erzählte Live Science.
Lancaster erklärte, dass die häufigsten Spekulationen über dunkle Materie darauf hindeuten, dass sie aus schwach interaktiven massiven Teilchen (WIMPs) besteht, die einige zehn- oder hundertfache der Masse eines Protons haben würden. Simulationen, die diese Art von dunkler Materie verwenden, sind äußerst gut darin, die großräumige Struktur des Universums wiederherzustellen, einschließlich riesiger Hohlräume des leeren Raums, die von langen, spinnenartigen Filamenten aus Gas und Staub umgeben sind, einer Formation, die als kosmisches Netz bekannt ist. In kleineren Maßstäben enthalten solche Modelle jedoch eine Reihe von Abweichungen von dem, was Astronomen mit ihren Teleskopen beobachten. In dieser Standardansicht sollte sich dunkle Materie in den Zentren von Galaxien ansammeln, aber niemand hat dies gesehen.
Im Gegensatz dazu wäre unscharfe dunkle Materie umwerfend hell, vielleicht ein Milliardstel eines Milliardstel eines Milliardstels der Masse eines Elektrons, so eine Aussage des MIT. Die Quantenmechanik besagt, dass Teilchen auch als Wellen betrachtet werden können, deren Wellenlängen umgekehrt proportional zu ihrer Masse sind, sagte Lancaster. Die Wellenlänge eines solchen Lichtteilchens wäre also Tausende von Lichtjahren lang.
Fuzzy Dark Materie würde es daher schwerer haben, sich zu verklumpen als kalte dunkle WIMP-Materie. In Simulationen zeigten Lancaster und seine Co-Autoren, dass ein kaltes Universum der dunklen Materie Galaxien haben würde, die sich relativ schnell aus sphärischen Lichthöfen bilden.
Aber verschwommene dunkle Materie würde stattdessen zu langen, wispigen Materialketten verschmelzen - "mehr Riesenfilamente als klumpige Galaxien", sagte Lancaster - und Galaxien würden dann größer und später geboren. Dunkle Materie würde es auch schwerer haben, sich in den Zentren von Galaxien zu häufen, was möglicherweise erklärt, warum Astronomen diese Klumpen nicht beobachten, wenn sie Galaxien betrachten.
Instrumente wie das Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chile und Teleskope der 30-Meter-Klasse, die weltweit gebaut werden, können bald auf einige der frühesten Tage des Universums zurückblicken. Es wird erwartet, dass sie im nächsten Jahrzehnt mit der Datenerfassung beginnen, was bedeutet, dass "wir entweder die Auswirkungen der unscharfen dunklen Materie sehen oder sie ausschließen", sagte Lancaster.
Obwohl andere Forscher über unscharfe dunkle Materie spekuliert haben, arbeiten die neuen Simulationen sorgfältiger daran, ihre kosmologischen Auswirkungen herauszufinden, sagte Jeremiah Ostriker, ein Astrophysiker an der Columbia University, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
"Dies hilft dabei, die Details der Strukturbildung in dieser Variantentheorie zu skizzieren", fügte OStriker hinzu. "Und es ist eine der interessantesten Variantentheorien."
Lancaster sagte, die zukünftigen Simulationen seines Teams könnten sich darauf konzentrieren, mehr Details der Auswirkungen der unscharfen dunklen Materie zu erfassen, um Astronomen möglicherweise eine bessere Vorstellung davon zu geben, was sie durch ihre Teleskope erwarten könnten.
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