Zwerggalaxie NGC 5949. (ESA/Hubble & NASA) Dunkle Materie ist eine rutschige Substanz. Soweit wir das beurteilen können, muss es existieren, damit unsere aktuellen Modelle des Universums funktionieren. Aber wir können sie nicht nur nicht sehen, fühlen oder in irgendeiner Weise mit ihr interagieren – wir sind uns nicht einmal sicher, was dunkle Materie wirklich ist.
Wir haben jedoch einige Hinweise, etwa wie dunkle Materie mit normaler Materie interagieren oder „sprechen“ kann über die Schwerkraft . Die Art und Weise, wie diese Interaktionen funktionieren, ist immer noch ein Rätsel, aber ein neues Papier schlägt vor, dass etwas namens „nicht-minimale Kopplung“ die Lösung sein könnte.
„Wir haben uns gefragt: Ist die Schwerkraft falsch oder übersehen wir einfach etwas Entscheidendes über die Natur der Dunklen Materie?“ Was wäre, wenn Dunkle Materie und „baryonische“ Standardmaterie nicht auf die Art und Weise kommunizieren würden, wie wir es uns immer vorgestellt haben? die drei Autoren, die Kosmologen Giovanni Gandolfi, Andrea Lapi und Stefano Liberati, erklären in einer Pressemitteilung über ihre Arbeit.
„Mit unserer Forschung haben wir versucht, diese faszinierenden Fragen zu beantworten.“
Unsere beste Vermutung darüber, was dunkle Materie sein könnte, ist kalt. schwach wechselwirkende massive Teilchen , die Experimentalphysiker auf der ganzen Welt haben habe versucht zu erkennen seit Jahrzehnten, aber noch nicht gefunden.
Auch wenn diese besondere Art dunkler Materie in unseren Modellen gut funktioniert, gibt es dennoch einige Probleme. Ein großer heißt der Cuspy-Halo-Problem , wo die abgeleitete Dichte der Dunklen Materie in Galaxien nicht mit den sogenannten N-Körper-Simulationen übereinstimmt.
Diese Simulationen deuten darauf hin, dass dunkle Materie in Galaxien mit geringer Materie eine „Spitzspitze“ sein sollte, um ihre aktuelle Struktur und Bewegung zu erklären – das heißt, sie ist am stärksten an der Spitze oder außerhalb der Galaxie konzentriert. Aber Beobachtungen zeigen uns, dass die meisten Zwerggalaxien ihre dunkle Materie in der Mitte zu halten scheinen.
Dieses Papier ist definitiv nicht das erste und wird wahrscheinlich auch nicht das letzte sein, das versucht, diese Probleme mit der Dunklen Materie zu lösen, aber das Team hat eine neue Taktik vorgeschlagen. Die Forscher vermuten, dass, wenn dunkle Materie nicht minimal an die Schwerkraft gekoppelt ist, das Cuspy-Problem und ein anderes damit verbundenes Problem namens „ Radialbeschleunigungsverhältnis .
„In diesem Artikel schlagen wir einen weiteren Standpunkt vor, um das Standardgerüst für kalte Dunkle Materie zu modifizieren und es in die Lage zu versetzen, die beobachteten Galaxienrotationskurven genau zu beschreiben und gleichzeitig die Radialbeschleunigungsbeziehung getreu zu reproduzieren.“ schreibt das Team in seinem neuen Papier.
„Die Einführung einer solchen Kopplung kann den Erfolg der kalten dunklen Materie auf großen kosmologischen Skalen aufrechterhalten und gleichzeitig ihr Verhalten in galaktischen Systemen verbessern.“
Nicht-minimale Kopplung ist eine etwas irreführende Bezeichnung. Das bedeutet, dass die Dunkle Materie direkt an eine Krümmung der Raumzeit namens „Krümmung“ gekoppelt ist Einstein-Tensor . Einfach ausgedrückt handelt es sich um eine neue Art der Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie und Schwerkraft. Wenn eine nicht-minimale Kopplung stattfindet, interagiert die Dunkle Materie auf andere Weise mit der Raumzeit als normale Materie.
„Dieses Merkmal der Dunklen Materie ist kein Stück neuer exotischer Grundlagenphysik“, sagen die Autoren .
„Man kann die Existenz dieser nicht-minimalen Kopplung allein mit der bekannten Physik erklären.“
Dies ist nur eine Hypothese, und obwohl sie gut zu den Beobachtungsdaten zu passen scheint, die wir bisher haben, ist Dunkle Materie immer noch ein kompliziertes Biest. Wir werden viel mehr Forschung benötigen, um herauszufinden, ob die nicht-minimale Kopplung tatsächlich ein Merkmal der Dunklen Materie ist oder nur eine weitere Hypothese, die uns vorantreibt, um herauszufinden, was wirklich vor sich geht.
„Die Zukunft der Dunklen Materie sieht rosiger aus“ stellen die Autoren in einer Pressemitteilung fest.
„Weitere Studien werden durchgeführt, um alle interessanten Implikationen dieses vorgeschlagenen neuen Merkmals der Dunklen Materie zu untersuchen.“ „Es würde uns nicht überraschen, wenn wir entdecken würden, dass diese nicht-minimale Kopplung andere unbeantwortete Fragen des Universums lösen könnte.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal.