Die überwiegende Mehrheit der Masse in unserem Universum ist unsichtbar. Und seit geraumer Zeit versuchen Physiker zu verstehen, was diese schwer fassbare Masse ist. Wenn es aus Partikeln besteht, besteht die Hoffnung, dass der Large Hadron Collider ein Partikel aus dunkler Materie produzieren kann, oder das Weltraumteleskop sieht die beredte Gammastrahlensignatur einer Kollision aus dunkler Materie. Bisher gibt es nichts. Und dieses Problem lässt theoretische Physiker über neue Ideen nachdenken.
2017 hat die renommierte theoretische Physikerin Lisa Randall einen Blick auf eine der unglaublichsten Möglichkeiten der Dunklen Materie geworfen. Natürlich hypothetisch. Anstatt dunkle Materie als eine bestimmte Art von Teilchen zu behandeln, nahm sie an, dass dunkle Materie aus einer ganzen Familie von Teilchen bestehen könnte, die dunkle Sterne, dunkle Galaxien, dunkle Planeten und möglicherweise dunkles Leben bilden. Die Chemie des dunklen Universums könnte so reich und vielfältig sein wie unsere eigene "reguläre Chemie".
Aber so einfach ist das nicht.
Problem der Dunklen Materie
Unser Universum ist ein erstaunlicher, wenn auch unverständlicher Ort.
In den letzten Jahrzehnten haben wir festgestellt, dass 84,5% der Materie im Universum nicht gesehen werden können. Aufgrund seines eher unangenehmen Spitznamens "Dunkle Materie" befindet sich diese Substanz in einem Zustand, in dem sie nicht mit "normaler" Materie interagiert. Wie dunkle Energie sind diese Dinge „dunkel“, weil wir sie nicht verstehen.
Wenn jetzt ein Stück dunkler Materie auf meinem Schreibtisch liegt, werde ich nie davon erfahren. Ein Stück dunkler Materie kann als solches nicht auf meinem Schreibtisch liegen. Es wird durch den Tisch fallen und der Boden und die Erdkruste werden in die Schwerkraft im Kern unseres Planeten eindringen. Oder es verschwindet auf unverständliche Weise im Weltraum. Dunkle Materie interagiert so schwach mit irgendetwas, dass dieses Stück einfach durch gewöhnliche Materie fällt, als ob es nicht existiert.
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In kleinem Maßstab ist die Gravitationsmanifestation dunkler Materie vernachlässigbar, aber in kosmologischen Entfernungen ist das Vorhandensein dunkler Materie definitiv zu spüren - sie kann indirekt durch ihre Gravitationseffekte auf Galaxienhaufen und ihre Auswirkungen auf die Rotation von Galaxien beobachtet werden. Wir wissen, dass es existiert, wir sehen es einfach nicht.
Und wir wissen nicht was es ist. Wir können nur raten.
Gewöhnliche Materie - auch bekannt als baryonische Materie - interagiert durch elektromagnetische, gravitative, starke und schwache Kräfte. Diese Kräfte übertragen Energie und strukturieren alle Materie. Dunkle Materie hingegen wird normalerweise als amorphe Wolke von "Materie" angesehen, die nicht durch elektromagnetische, schwache oder starke Kräfte interagieren kann. Daher wird angenommen, dass dunkle Materie "nicht baryonisch" ist. Nicht-baryonische Materie kann ihre Anwesenheit nur durch Gravitation offenbaren.
Der führende Kandidat bei der Suche nach dunkler Materie ist WIMP, ein schwach wechselwirkendes massereiches Teilchen. Wie der Name des WIMP andeutet, interagiert dieses hypothetische Teilchen nicht mit normaler Materie - es ist also nicht baryonisch.
Etablierte kosmologische Modelle sagen voraus, dass dunkle Materie - sei es in Form von WIMPs oder "Axionen" - unserem Universum Struktur verleiht und normalerweise vereinfacht als "Klebstoff" bezeichnet wird, der unser Universum als Ganzes hält.
Die Astronomin Vera Rubin beobachtete die Rotation von Galaxien und bemerkte, dass der größte Teil der Materie in Galaxien nicht beobachtbar ist. Nur ein kleiner Prozentsatz ist sichtbar - Sterne, Gas und Staub; Der Rest versteckt sich in einem riesigen, aber unsichtbaren Lichthof aus dunkler Materie. Es ist, als ob unsere sichtbare Galaxie gewöhnlicher Materie nur eine Haube auf einem riesigen Rad dunkler Materie ist, das weit über das hinausgeht, was wir sehen können.
In einem kürzlich veröffentlichten Artikel (2013) stellten Randall und ihre Kollegen eine komplexere Form der Dunklen Materie vor. Ihnen zufolge besteht der Halo der dunklen Materie unserer Galaxie nicht nur aus einer Art amorpher Masse nicht-baryonischer Materie.
"Es scheint sehr seltsam anzunehmen, dass die gesamte dunkle Materie nur aus einer Art von Teilchen besteht", schreibt Randall. "Ein unvoreingenommener Wissenschaftler sollte nicht zulassen, dass dunkle Materie so vielfältig ist wie unsere normale Materie."
Ein reiches "Schattenuniversum"?
So wie unser sichtbares Universum vom Standardmodell der Physik beherrscht wird - einer bewährten Familie von Teilchen (einschließlich des berüchtigten Higgs-Bosons) und Kräften - könnte ein reichhaltiges und vielfältiges Modell von Teilchen und Kräften der dunklen Materie in einem dunklen galaktischen Lichthof funktionieren?
Diese Forschung folgt der Logik der Annahme einer Vielzahl unbekannter Physik im dunklen Sektor des Universums - nennen wir es das "Schattenuniversum" -, das parallel zu unserem eigenen verläuft und alle Komplexitäten aufweist, die unser sichtbares Universum zu bieten hat.
Astrophysiker haben zuvor vorgeschlagen, dass "dunkle Sterne" - Sterne aus dunkler Materie - in unserem alten Universum bis heute existieren könnten. Wenn ja, argumentiert Randall, könnten sich vielleicht "dunkle Planeten" bilden. Und wenn es eine Familie von Partikeln der dunklen Materie gibt, die durch Kräfte kontrolliert werden, die im dunklen Sektor eingesetzt werden, könnte dies zu einer komplexen Chemie führen? Und zum Leben?
Wenn jedoch „dunkles“oder „Schatten“-Leben parallel zu unserem Universum existiert, können Sie vergessen, dass wir es erkennen können.
Das Schattenleben bleibt im Schatten
Es scheint verlockend, diese Hypothese zu verwenden, um all die alltäglichen Geheimnisse oder sogar paranormalen Behauptungen zu erklären, die die Wissenschaft nicht bestreiten oder unterstützen kann. Was ist, wenn „Geister“oder unerklärliche „Lichter am Himmel“die Possen dunkler Kreaturen sind, die im Hintergrund von allem leben?
Während diese Logik für eine TV-Show oder einen Film in Ordnung wäre, würden diese dunklen Kreaturen in einem Schattenuniversum leben, das mit gewöhnlicher Materie völlig unvereinbar ist. Ihre Teilchen und Kräfte würden in unserem Universum keine Wirkung haben. Sie könnten diese Zeilen lesen, die auf einem Baumstumpf in einem dunklen Wald sitzen, und Sie würden nie davon erfahren.
Da wir jedoch mit diesem Schattenuniversum in derselben Raumzeit koexistieren - keine zusätzlichen Dimensionen oder Multiversum - kann nur ein Signal übertragen werden.
Gravitationswellen wurden erst 2016 entdeckt, und die erste Erkennung dieser Wellen in der Raumzeit wurde durch die Kollision von Schwarzen Löchern verursacht. Es scheint durchaus möglich, dass Gravitationswellen im dunklen Sektor erfasst werden können, aber nur die stärksten kosmischen Ereignisse im dunklen Bereich können an unserem Ende des Drahtes erfasst werden.
Alles in allem werden wir mit ziemlicher Sicherheit niemals die Existenz niedlicher Kreaturen der dunklen Materie beweisen, aber Randall macht einen Punkt. Wenn wir über die Quelle der Dunklen Materie nachdenken, müssen wir über unsere Vorurteile hinausblicken. Der dunkle Sektor kann eine komplexe Familie von Teilchen und Kräften der dunklen Materie sein, die über das hinausgehen, was wir uns vorstellen können.
Ilya Khel
