"Aufblasbarer dunkler Materie" könnte erklären, warum sehen wir weniger als viele Theorien vorhersagen

Viele wunderbare Theorien, die die Entwicklung des Universums zu erklären, scheitern, weil sie mehr dunklen Materie als Vorhersagen tatsächlich draußen. Jetzt schlägt ein neues Papier ein Ereignis in der Frühphase des Universums, die die Menge an dunkler Materie in den Theorien verringern würden.

In der ersten Sekundenbruchteile nach dem Urknall denken die meisten Kosmologen, dass das Universum durch eine Periode der schnellen plötzliche Expansion, genannt Inflation, ging auch nur Bruchteile einer Sekunde lang. Expansion setzte sich fort mit einer langsameren Rate danach und unseres Universums baut noch heute (obwohl dieser Expansion jetzt schneller ist).

Aber etwas fehlt. Wenn Astronomen Galaxien Spinnen betrachten, zum Beispiel, bemerken sie, dass die Rate, an der die Galaxien Spinnen sind, nur dann sinnvoll ist, wenn die Galaxien tragen viel mehr Masse haben als was wir direkt beobachten können. Überall aus dem Universum sind Objekte bewegen, als wären sie unter dem gravitativen Einfluss von Unmengen von unsichtbaren Masse. Dies hat dunklen Materie genannt. Während Physiker nicht sicher sind, was genau die dunkle Materie, do they know it es eine gravitative Wirkung auf das Universum hat, ohne zu scheinen, mit gewöhnlicher Materie wechselwirken.

Zwar gibt es über fünfmal mehr dunkle Materie als regelmäßige Frage, gibt es noch viel weniger als viele Theorien über das Universum prognostizieren. Jede Theorie hat, für den gegenwärtigen Zustand des Universums zu berücksichtigen, doch mehrere Vorhersagen mehr dunklen Materie als wir tatsächlich sehen. Eine neue Studie von Hooman Davoudiasl, Dan Hooper und Sam McDermott erschien heute in Physical Review Lettersund versuche, eine Erklärung zu finden, indem er vorschlägt, wie sie es nennen, "aufblasbare dark Matter."

Im frühen Universum war der Zustand der Materie und der dunklen Materie im Wandel. "Materie und Antimaterie vernichtet", erklärte Davoudiasl Gizmodo. Aber aus irgendeinem Grund gab es etwas mehr Materie als Antimaterie, so wir mit einem leichten Überschuss von Materie im Universum landeten. Das erklärt die sichtbaren Strukturen, die wir heute sehen.

Dunkler Materie folgte einen ähnlichen Prozess. "Dunkler Materie kann sein eigenes Antiteilchen und in diesem Fall kann es selbst vernichten", sagte Davoudiasl. "Alternativ kann es auch kommen in unterschiedlichen Teilchen und Antiteilchen Arten, in dem Fall seine Vernichtung ähnlich sein wird, dass der gewöhnliche Materie und Antimaterie (sagen, Proton und Anti-Proton)."

Irgendwann nach der Inflationsperiode glauben die Autoren, dass die Menge der dunklen Materie im Universum wurde festgelegt, oder, wie Davoudiasl es ausdrückte, "gebacken in den Kuchen." Die Ihrem gestoppt, das Universum weiter ausgebaut (wenn auch langsamer), und der Anteil der dunklen Materie und der normalen Materie im Universum wurden gesetzt.

Diese Ihrem hängen jedoch die Eigenschaften der dunklen Materie und der sichtbaren Materie. Da diese Eigenschaften bekannt geworden sind, zusammenpassen die Dichte der dunklen Materie, den viele Theorien vorhersagen und die Dichte, die wir tatsächlich sehen, nicht.

"Wie Experimente empfindlicher, setzten immer strengere Grenzwerte für die Interaktionen der dunklen Materie und der sichtbaren Partikeln," erklärt Davoudiasl. Experimente zeigen, dass die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen der dunklen Materie sehr schwach sind. Viele Theorien, die diese Wechselwirkungen in Betracht zu nehmen, dann Vorhersagen ein Universum, in dem es weit mehr dunkle-Materie-Teilchen pro Volumeneinheit gibt als Astrophysiker wirklich beobachten.

Wie dieses Problem zu lösen? Das Papier schlägt vor, dass eine sekundäre Phase extremen Inflation hätte. Dies würde die Fülle der dunklen Materie pro Volumeneinheit verdünnen. So lange, wie es passiert ist, "bis spätestens etwa eine Sekunde in der Big Bang, es möglicherweise Teil einer einheitlichen Geschichte des frühen Universums sein könnte", sagte Davoudiasl.

So, nachdem das Universum durch besonders rasche Expansion, ging die Ihrem gestoppt, und der Anteil der dunkler Materie wurde festgelegt. Dann expandiert das Universum wieder Herstellung gewöhnlicher Materie, aber nicht dunkle Materie. Dies brachte den Anteil der dunklen Materie zu einem Punkt, wo die Theorien erklären die Funktionsweise des Universums übereinstimmen, mit der Dichte der dunklen Materie im eigentlichen Universum beobachtet.

Aber was verursacht diese zweite Inflationsperiode? Davoudiasl glaubt, dass es einen "versteckten Sektor" der Physik hätte sein können. Derzeit haben wir das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik – die enthält alle bekannten Teilchen wie Quarks und das Elektron als auch die Kräfte, die sie regieren.

"Die bekannten Standard-Modell-Zutaten in der Regel direkte Interaktionen mit neuen hypothetische Teilchen haben", sagte Davoudiasl. "Allerdings könnte es auch so, dass es gibt grundlegende Phänomene von Teilchen und Kräfte, die keine direkten Interaktionen mit den bekannten Teilchen des Standardmodells beschrieben sein. Das heißt, gäbe es ein "versteckte Sektor" der Physik, der nur sehr schwach und indirekt verursachten Interaktionen mit unserer sichtbaren Welt. Unser Papier schlugen wir, dass die sekundäre Inflation von Teilchen und Wechselwirkungen in einem versteckten Bereich in der Tat stammen kann."

Die Wechselwirkungen dieser Teilchen sind also sehr schwach, dass es keine Chance sie per standard Experimente zu finden. Es ist jedoch möglich, dass sie bei Kollisionen in hochenergetischen Teilchen-Beschleuniger erscheinen mag. Dies wäre die beste Möglichkeit um herauszufinden, ob ausgeblendete Bereich vorhanden ist.

[Physical Review Letters per Brookhaven National Laboratory]

Bilder: Brookhaven National Laboratory.