Die seltsame Form der viskosen dunklen Materie, die den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, könnte einen überraschenden Effekt auf ihre frühe Entwicklung haben - und die Erkennung von Wellen aus dem Urknall erleichtern. Es ist bekannt, dass dunkle Materie eine mysteriöse Substanz ist, die 80% der Substanz in unserer Welt ausmacht, aber nur durch Gravitation mit gewöhnlicher Materie interagiert. Derzeit werden WIMPs (WIMPs), die schwach mit massiven Partikeln interagieren, als beliebtester Kandidat für dunkle Materie angesehen. Die jahrzehntelange Suche nach diesem Partikel hat jedoch zu nichts geführt. WIMPs sagen auch bestimmte Dinge voraus, die wir im Universum nicht sehen, wie einen Schwarm von Mini-Galaxien um die Milchstraße.
Es gibt andere Kandidaten für dunkle Materie. Zum Beispiel haben Paul Shapiro von der University of Texas in Austin und seine Kollegen zuvor eine alternative Form der Dunklen Materie untersucht, zu der Teilchen gehören, die Bosonen genannt werden und die sich im Gegensatz zu WIMPs und gewöhnlicher Materie im selben Quantenzustand befinden können. Diese Eigenschaft könnte es ihnen auch ermöglichen, sich zu einem seltsamen, viskosen Materiezustand zusammenzuschließen - einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC), in dem sich eine Population eines Teilchens wie ein einzelnes Quantenobjekt verhält.
Jetzt untersuchen Shapiro und sein Doktorand Buha Li, wie diese Form der dunklen Materie das frühe Universum beeinflusst haben könnte.
Wachstumsschub
Kosmologen sind es gewohnt zu glauben, dass das Universum in den ersten Augenblicken seiner Existenz einen exponentiellen Wachstumsschub erlebte. Diese Expansion, die in den ersten Sekunden nach dem Urknall stattfand, wird Inflation genannt und sollte relativistische Wellen durch die Raumzeit senden - primordiale (oder primitive, nennen Sie es wie Sie wollen) Gravitationswellen.
Die Physiker glaubten, bei der Arbeit mit dem BICEP2-Teleskop im Jahr 2013 Hinweise auf diese Wellen zu sehen, was sich jedoch als nicht zutreffend herausstellte. Zu Beginn dieses Jahres wurden im LIGO-Experiment Gravitationswellen kollidierender Schwarzer Löcher beobachtet, die bewiesen, dass solche Wellen tatsächlich existieren.
Im Standardbild sollten diese ursprünglichen Gravitationswellen so klein sein, dass LIGO sie niemals sehen wird. „In unserem Modell passiert etwas völlig anderes“, sagt Shapiro. "Dunkle Materie ändert ihr Verhalten, wenn wir in der Zeit zurückgehen."
Werbevideo:
Obwohl sich viskose dunkle Materie genauso verhält wie WIMPs heute, zeigen die Berechnungen der Wissenschaftler, dass sich ihr Verhalten in den frühen Stadien geändert hat: Sie wirkte nicht wie Materie, sondern wie Strahlung. Dunkle Materie bewegte sich noch weiter zurück in die Vergangenheit, war dichter und verhielt sich wie eine Flüssigkeit, die der Kompression widerstand.
"Wenn wir versuchen, es zu brechen, müssen wir den Druck berücksichtigen", sagt Shapiro. - Wenn Sie es auf einem Stapel sammeln, möchte es zurückschwellen. Wir scheinen das Universum mit Flüssigkeit zu füllen."
Wissenschaftler hatten nicht erwartet, dies zu finden.
Diese Elastizität bedeutet, dass diese seltsame viskose dunkle Materie zu diesem Zeitpunkt die Expansionsrate des Universums verlangsamt haben könnte. Ab dem Ende der Inflation würde sich das Universum mit dunkler Materie viel langsamer ausdehnen als ohne.
Aber die primären Gravitationswellen sollten mit der gleichen Geschwindigkeit wie zuvor durch das junge Universum geschossen sein. Und weil sie leichter vor dem Hintergrund zu drucken waren, waren sie möglicherweise leichter zu erkennen.
Primärwellen
In einem Vortrag auf einem Treffen der American Physical Society in Salt Lake City, Utah, im vergangenen Monat sagten einige Wissenschaftler, dass eine solche dunkle Materie die Expansion so weit unterdrücken könnte, dass ursprüngliche Gravitationswellen von LIGO-Kräften erfasst werden können.
„In der Standardgeschichte werden sie ohne unsere dunkle Materie weit unter der Grenze liegen, an der aktuelle oder zukünftige Gravitationswellendetektoren sie erkennen können. Aber unser Modell zeigt, dass es noch Hoffnung gibt."
Tanya Rejimbo vom LIGO-Team weist darauf hin, dass wir, da wir nicht viel über das frühe Universum wissen, nicht mit Sicherheit über eine solche Möglichkeit sprechen können. Ihrer Meinung nach gibt es keine Garantie dafür, dass diese Wellen existieren oder dass unsere zukünftigen Detektoren sie sehen können. Diese Arbeit ist jedoch interessant, weil sie eine solche Gelegenheit bietet.
ILYA KHEL
