Ein Team von Wissenschaftlern untersucht linsenförmige „Einstein-Ringe“ aus Licht die Ferne Universum haben herausgefunden, dass Signaturen in den Ringen die Art dunkler Materie anzeigen, die die Hintergrundgalaxien bewohnt.

Speziell, die Forscher betrachteten Linsen Bilder von HS 0810+2554ein entfernter Quasar, und fand das Vorhandensein von Wellen-wie dunkle Materie. Ihre Forschung ist veröffentlicht heute in der Naturastronomie.

„In unserer Arbeit testen wir zum ersten Mal überhaupt eine Vorhersage, die von wellenartiger dunkler Materie gemacht wurde“, schrieb er Alfred Amruth, Astrophysiker an der University of Hong Kong, Kowloon, und Hauptautor der Studie, in einer E-Mail an Gizmodo. „Dies ist eine einzigartige Vorhersage von wellenartiger dunkler Materie, und wir verwenden Einsteins Vorhersage des Gravitationslinseneffekts als unser Werkzeug.“

Treten wir einen Moment zurück. Anscheinend dunkle Materie macht etwa 27% aus des UniversumsAber Wissenschaftler nicht wissen, was es ist. DArche Energie macht etwa 68% aus des Universums und zusammen mit dunkler Materie, es ist in abgelegt groß ungeklärt-stuff-in-the-universe Eimer.

Wissenschaftler wissen, dass dunkle Materie wegen ihrer Gravitationseffekte vorhanden ist, die in großen Maßstäben beobachtet werden können; Wenn wir uns die Bewegungen von Galaxien und die Lichtverzerrung um sie herum ansehen, ist klar, dass mehr Materie vorhanden ist, als wir tatsächlich sehen können. Was auch immer das Zeug ist, es ist für uns nicht sichtbar und es kaum scheint mit normaler Materie zu interagieren.

Einsteinringe sind ein solches Produkt der Lichtverzerrung durch Schwerkraft; wie Licht von einer entfernten Quelle durch den Raum reist und an einem massiven Objekt vorbei, wird das Licht durch dessen Gravitationsfeld um das dazwischen liegende Objekt gebogen. In einigen Fällen bildet das gebogene Licht a nahezu perfekter Ring um das Objekt aus unserer Perspektive und ermöglicht uns Dinge zu sehen, die uns sonst verborgen bleiben würden.

Es gibt ein paar Spitzenkandidaten für Dunkle Materie (und es ist kein Nullsummenspiel; mehrere Kandidaten könnten zur dunklen Materie im Universum beitragen). Schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) sind theoretisch Dinge die Masse haben und verhalten sich wie Teilchen aber nur wenig interagieren mit gewöhnlicher Materie – daher unsere Unfähigkeit, sie zu identifizieren.

Der andere Hauptkandidat ist das Axion, a theoretisches Teilchen (ein Boson, um genau zu sein), benannt nach einem Waschmittel. Das Axion wäre viel kleiner als a WIMP und es wurde die Theorie aufgestellt, dass es sich eher wie eine Welle als wie ein Teilchen verhält, wie Lichtphotonen.

In der neuen Arbeit versuchte das Forschungsteam, ein seit langem bestehendes Dilemma in der Astronomie zu verstehen: den Grund dafür, dass Quasare mit Linsen (entfernte Galaxien, die wie Sterne aussehen) in der Helligkeit schwanken. Modelle, die auf WIMPs aufgebaut sind, haben Schwierigkeiten, die Helligkeit von Quasaren mit mehreren Linsen zu reproduzieren, sagte Amruth. Doch die Forscher fanden heraus, dass wellenförmige dunkle Materie in der Lage war, die Helligkeitsanomalien eines sogenannten Quasars zuverlässig zu reproduzieren HS 0180+2554.

Die neue Erkenntnis „kippt definitiv das Gleichgewicht in Richtung Axionen als DM-Kandidat und zwingt die Menschen, zu lernen, das WIMP-Paradigma loszulassen“, sagte Amruth. „Unabhängig davon zwingt es uns, neue Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik in Betracht zu ziehen.“

Dunkle Materie wird im Standardmodell, dem übergreifenden, nicht berücksichtigt Theorie, die die vier fundamentalen Kräfte und das Verhalten der kleinsten uns bekannten Teilchen beschreibt. Das Modell berücksichtigt auch nicht die Schwerkraft, die auf subatomarer Ebene nicht zu existieren scheint, was weitere Fragen darüber aufwirft, wie genau dunkle Materie – Wellen –wie oder massiv – wirkt sich gravitativ auf seine Umgebung aus.

In simulierten Bildern des Dunkle-Materie-Modells fand das Team heraus, dass das WIMP-Modell glatte Kurven zum Einstein-Ring vorhersagte; Das wellenartige Modell der dunklen Materie fand einen viel chaotischeren, amorpheren Rand des Rings. Dieser chaotische Rand entspricht den im Quasar beobachteten Helligkeitsschwankungen.

Obwohl das Team gerade einen Quasar getestet hat, „zeigt dies, dass wellenartiges DM wahrscheinlich allgemein auf die große Bandbreite von Linsenanomalien anwendbar ist, die wir in verschiedenen Systemen sehen“, sagte Amruth. Sie haben wandte sich nun den Helligkeitsanomalien in einer linsenförmigen Supernova zu, und ihre frühen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wellen-wie dunkle Materie verantwortlich sein könnte.

Das bedeutet nicht, dass WIMPy dunkle Materie nicht existiert – nur dass es nicht die dunkle Materie zu sein scheint, die zumindest an einigen Gravitationslinsen beteiligt ist.

Mehr Beobachtungen und Modellierung müssen getan werden, aber mit neuen Observatorien im Weltraum (das Webb-Weltraumteleskop) und am Horizont (das Rubin-Observatorium und das römische Weltraumteleskop), einige Fragen zur Dunklen Materie und ihrer Natur könnten bald gelöst werden.

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