Denken Sie an alles, was im Universum existiert. Riesige Weltraumöfen wie unsere Sonne. Gasriesen, neben denen unser Planet nur ein Zwerg sein wird. Reihen von Asteroiden rasen durch den leeren Raum. Ferne Sterne Tausende von Lichtjahren entfernt. All dies macht weniger als 5% der Masse des Universums aus. Wo ist der Rest? Das ist immer noch ein Rätsel. Unser gigantisches Universum hätte sich mit Teilchen der dunklen Materie bilden können, die wir nicht einmal beobachten konnten. Wissenschaftler versuchen, ihre Existenz und mit ihnen die Existenz von "dunklen Sternen" zu beweisen.
Es gibt ein Element, das bis zu 25% des Universums ausmachen kann. Wir können es nicht fühlen oder sehen. Es interagiert nicht mit Licht. Es besteht nicht einmal aus den Bausteinen, an die wir gewöhnt sind - Elektronen und Protonen in Atomen, aus denen alle Materie besteht.
Dies ist "dunkle Materie", und Wissenschaftler versuchen seit Jahrzehnten zu verstehen, was es ist. Die theoretische Astrophysikerin Katherine Freese ist eine von denen, die nach diesen mysteriösen Bausteinen des Lebens suchen. Vor dreißig Jahren führte ihre Theorie eines unsichtbaren Klebers, der das Universum prägte, zum Bau von unterirdischen Teilchenbeschleunigern auf der ganzen Erde, wie die Maschinen am CERN. Was suchen sie? Diese Teilchen werden Weicheier (WIMPs) genannt, und laut Freese hätten Sterne aus diesem gespenstischen Material dem Kosmos vor Milliarden von Jahren helfen können, sich zu bilden.
Weicheier (schwach wechselwirkende massive Partikel) sind große Partikel, die nicht mit elektromagnetischen Kräften interagieren. Dies macht sie "dunkel" - sie können nicht mit den elektromagnetischen Sensoren beobachtet werden, mit denen Menschen das Universum in den letzten hundert Jahren untersucht haben.
Dank der Theorie der Supersymmetrie - die impliziert, dass jedes bekannte Teilchen ein "Antimaterie" -Äquivalent hat - gibt es eine Lücke in unserem aktuellen Teilchenatlas, und WIMPS kann diese Lücke perfekt füllen. Sie sind überall, aber sie hinterlassen keine Spuren, weil sie nur ungern mit den gewöhnlichen Partikeln um sie herum interagieren.
„Nun, wenn wir alle Gegenstände in unserem täglichen Leben nehmen - Ihren Körper, den Stuhl, auf dem er sitzt, die Luft, die er atmet, die Wände um uns herum, fügen Sie die Planeten hinzu, fügen Sie die Sterne hinzu - all dies besteht aus Atomen, die wir verstehen, aber all diese atomare Materie macht nur 5% unseres Universums aus - fünf Prozent! Daher gibt es weitere 95%, die wir verstehen müssen. Und hier kommen dunkle Materie und dunkle Energie ins Spiel. Wenn sie durch dich hindurchgehen - Milliarden von Partikeln pro Sekunde - merkst du es nicht, weil die schwache Wechselwirkung wirklich schwach ist, passiert nichts."
Werbevideo:
Wie finden Sie, was Sie nicht sehen können?
„Eine gute Analogie für dunkle Materie ist Wind. Wir sehen es nicht, es ist unsichtbar und doch sind wir sicher, dass es existiert, weil die Blätter rascheln. Gleiches gilt für dunkle Materie. Wir sehen, dass es die Dinge zusammenhält … es ist Materie, was bedeutet, dass es die Schwerkraft fühlt. Sie drängt sich zusammen und zieht die Dinge zusammen. Wir wissen, dass es aus diesem Grund existiert, aber wir wissen nicht, woraus es besteht."
Wenn es Weicheier gibt - und Freese ist sich sicher, dass sie es tun -, sollten sie kurz nach dem Urknall aufgetaucht sein.
Freese untersuchte diese Theorie mit den Astrophysikern Paolo Gondolo von der Universität von Utah und Doug Spoliar von der Universität von Stockholm in Schweden. Sie suchten nach den ersten "dunklen Sternen", die sich in den frühen Tagen des Universums bildeten.
Trotz ihres Namens blendeten diese alten Sterne - sie lebten von der Vernichtung der dunklen Materie. Und einige von ihnen könnten in den entlegensten Ecken des Universums leben und strahlend leuchten.
"Dunkle Sterne begannen mit den gleichen Massen wie die Sonne, konnten aber immer größer werden, bis sie eine Masse von Millionen von Sonnen und milliardenfach heller wurden."
„Das nächste große Teleskop, das James Webb-Weltraumteleskop, eine Erweiterung des berühmten Hubble-Weltraumteleskops, wird dunkle Sterne finden können. Auf diese Weise finden wir nicht nur eine völlig neue Art von Sternen, was an sich schon überraschend ist, sondern wir werden auch beweisen, dass sie von WIMPs leben. Das Problem wird also von selbst gelöst."
Und das könnte das Ende einer der schwierigsten Herausforderungen in der modernen Wissenschaft bedeuten. Wissenschaftler haben seit den 1930er Jahren versucht, das Problem der Dunklen Materie zu lösen, aber schon lange zuvor gab es Hinweise auf ihre Existenz.
„Als die Menschen die Bewegung der Sonne und der Planeten um sie herum untersuchten, stellten sie fest, dass sich die zentralen Planeten recht schnell bewegen, aber je weiter sie vom Zentrum entfernt sind, desto langsamer ist die Bewegung“, sagt Freese.
"Also dachten sie, okay, das sind Newtons Gesetze, wir kennen sie, das sind die Naturgesetze. Schauen wir uns größere Strukturen an - Galaxien und Galaxienhaufen."
„Aber das haben sie nicht gefunden: Sie haben festgestellt, dass sich alles mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, wenn Sie sich vom Zentrum der Galaxie entfernen. Es war ziemlich komisch."
Freese glaubt, dass die Sterne und Planeten, die wir am Nachthimmel sehen, der Höhepunkt einer langen Kette von Reaktionen sind, die mit diesen schwach wechselwirkenden Teilchen begannen. Und sie sagt, dass das Universum ohne Teilchen dunkler Materie nicht zu dem hätte werden können, was es ist. "Die Strukturen, in denen wir leben, Galaxien und Galaxienhaufen, hätten sich nicht bilden können, wenn die Dunkle Materie nicht das kosmische Netz gebildet hätte, in dem wir leben."
„Das heißt, zuerst versammelte sich dunkle Materie, und dann bildeten gewöhnliche Atome, Neutronen und Protonen usw. zusammen mit dunkler Materie Protogalaxien, die zum Auftreten von Galaxien, Planeten und Sternen führten. Aber um diese Struktur zu bilden, wird dunkle Materie benötigt."
ILYA KHEL