Ein Team theoretischer Astrophysiker hat eine hypothetische Form dunkler Materie, die sich zu dunklen Atomen verbindet, im Detail untersucht. Sie fanden heraus, dass die Existenz dunkler Atome die Entwicklung von Galaxien drastisch beeinflussen kann.
Den Großteil der Materie im Universum verstehen wir nicht. Wir nennen es Dunkle Materie, aber das ist ungefähr das Beste, was wir haben. Nach unserem besten Wissen besteht dunkle Materie aus einer neuen Art von Teilchen, die der modernen Physik derzeit unbekannt ist. Was auch immer das Teilchen ist, es interagiert weder mit Licht noch mit normaler Materie außer durch die Gravitationskraft.
Aufgrund unseres mangelnden Verständnisses dieser mysteriösen Substanz haben wir in unseren theoretischen Modellen viel Spielraum. Einige dieser Modelle legen nahe, dass dunkle Materie nicht aus einer einzelnen Teilchenart besteht, die das Universum überflutet. Stattdessen kann es aus vielen verschiedenen Arten von Partikeln bestehen. Es kann auch neue Naturkräfte geben, die über die vier uns bekannten hinausgehen und nur zwischen den Teilchen der Dunklen Materie wirken.
In diesem Bild können sich die verschiedenen Bestandteile der Dunklen Materie zu dunklen Atomen und sogar Molekülen und komplexeren Strukturen zusammenlagern. Am wichtigsten ist, dass die Dunkle Materie in diesen Modellen sehr eng zusammenklumpen kann. Ein Forscherteam nutzte diese Tatsache, um die beobachteten Konsequenzen dieser Modelle dunkler Atome anhand von Simulationen der Entwicklung von Galaxien zu untersuchen.
Sie fanden heraus, dass atomare dunkle Materie sehr schnell verklumpen kann und so eine „Schattenscheibe“ bildet, die mit der Sternenscheibe einer typischen Galaxie einhergeht. Von dort aus verklumpen die dunklen Atome weiter und bilden das Äquivalent dunkler Sterne und dunkler schwarzer Löcher. Es kann sogar schnell in den Kern der Galaxie eindringen und dort die Dichte rasch erhöhen.
Alle diese Effekte der atomaren Dunklen Materie wären auf kosmologischen Skalen unsichtbar. Sie würden jedoch die Entwicklung der Sterne innerhalb der Galaxie drastisch beeinflussen. Sterne entstehen durch den Zusammenbruch von Materie, und jeder Einfluss der Schwerkraft kann die Flugbahn der Sternentstehung beeinflussen.
Die Forscher fanden Unterschiede in der Sternentstehungsrate sowie in der Population und Verteilung von Sternen in einer Galaxie, die dunkle Atome enthält, im Vergleich zu einer Galaxie, die nur eine einzige Komponente dunkler Materie enthält. Die Forscher hoffen, dass diese Ergebnisse dazu beitragen werden, diese mysteriöse Substanz, die unser Universum dominiert, weiter zu lokalisieren.
Die Forschung wird auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.
Mehr Informationen:
Sandip Roy et al., Simulation atomarer Dunkler Materie in Milchstraßenanalogen, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.09878