Dunkle Materie hat noch niemanden getötet – und das sagt uns etwas

Ein geisterhafter Ring aus Dunkler Materie, der im Galaxienhaufen ZwCl0024+1652 schwebt, einer der bisher stärksten Beweise für die Existenz von Dunkler Materie. Astronomen gehen davon aus, dass der Ring der Dunklen Materie durch eine Kollision zweier gigantischer Haufen entstanden ist. (Bildnachweis: ESA / Hubble)

Niemand ist, soweit wir wissen, mit einer unerklärlichen Lichtschwertwunde in eine Notaufnahme gestolpert – und das sagt uns etwas über dunkle Materie aus, schlägt eine neue Studie vor.

Dunkle Materie macht etwa 85% des materiellen Universums aus, was bedeutet, dass sie etwa sechsmal häufiger vorkommt als das 'normale' Zeug, aus dem Sterne, Planeten, Menschen und alles andere, was wir kennen, bestehen.

Aber niemand weiß, was dunkle Materie eigentlich ist; Die mysteriöse Substanz scheint kein Licht zu emittieren, daher ist es unglaublich schwer zu studieren. (Forscher schließen die Anwesenheit der Dunklen Materie aufgrund ihres gravitativen Einflusses auf Sterne und Galaxien.)

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Physiker haben eine Reihe von Kandidaten für dunkle Materie entwickelt, darunter hypothetische Elementarteilchen wie Axionen , schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) und sterile Neutrinos. Andere Theorien gehen jedoch davon aus, dass dunkle Materie hauptsächlich aus größeren Objekten mit Massen von einem Gramm oder mehr besteht.

Diese theoretisierten makroskopischen Objekte aus dunkler Materie oder „Makros“ können unglaublich kompakt sein, mit Dichten, die denen von Atomkernen ähneln. Wenn dies der Fall ist, werden nicht allzu viele von ihnen durch den Weltraum zoomen – was bedeutet, dass Makros möglicherweise sehr schwer zu finden sind.

'Wir brauchen einen sehr großen oder einen sehr alten Detektor, um diese Dinger zu finden', sagte Jagjit Singh Sidhu, Doktorand der Physik an der Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio.

Aber Wissenschaftler müssen solche Detektoren nicht unbedingt bauen; Sie sind bereits da draußen, wenn Sie wissen, wo Sie suchen müssen, überlegte Singh Sidhu kürzlich. Er und die Case Western Reserve-Professoren Glenn Starkman und Ralph Harvey stellten fest, dass Wissenschaftler möglicherweise Anzeichen von Makros in gewöhnlichen Granit-Arbeitsplatten entdecken könnten.

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Makros, falls sie existieren, werden wahrscheinlich mit etwa 900.000 km/h (900.000 km/h) relativ zu unserem Sonnensystem durch den Weltraum rasen. Einer, der zufällig auf eine Arbeitsplatte traf, hinterließ einen Verdampfungspfad, der auch nach der Wiedererstarrung des Gesteins offensichtlich war.

Die drei Forscher haben ihre Idee aufgeschrieben und gepostet die unveröffentlichte Studie Mai auf der Online-Preprint-Site arXiv.org. Das Papier erregte die Aufmerksamkeit von Robert Scherrer, dem Leiter der Abteilung für Physik und Astronomie an der Vanderbilt University in Tennessee.

„Innerhalb weniger Tage“, sagte Singh Sidhu gegenüber guesswhozoo.com, „schickte Bob mir und Glenn eine E-Mail und sagte: „Warum verwenden wir nicht einfach Menschen [als Detektoren]? Denn diese Dinger würden wirklich weh tun, wenn sie eine Person treffen würden.''

Was uns zur neuen Studie bringt. Singh Sidhu, Scherrer und Starkman führten einige Berechnungen durch und berücksichtigten dabei die Geschwindigkeit und die möglichen Größen und Massen von Makros. Sie stellten fest, dass es in der Tat sehr unangenehm wäre, von einem getroffen zu werden.

In der Studie, die die Forscher gepostet auf arXiv Anfang dieses Monats verglichen sie eine Makroverletzung mit einer Schusswunde. Aber diese Analogie stimmt nicht ganz, sagte Starkman.

Makroopfer 'sähen aus, als hätte ein Jedi-Ritter sie mit einem Lichtschwert erstochen', sagte Starkman gegenüber guesswhozoo.com.

Soweit wir wissen, gab es nirgendwo in der Welt Berichte über Messerstiche durch unsichtbare Jedi-Ritter. Und das sagt uns einige interessante Dinge, sagten Singh Sidhu, Scherrer und Starkman.

„Wir kennen die Gesamtmassendichte der Dunklen Materie im Universum – das ist eine sehr feststehende Sache“, sagte Scherrer gegenüber guesswhozoo.com. Makromassen sind unbekannt, korrelieren aber mit ihrer Gesamtzahl.

'Wenn sie eine geringere Masse haben, sind sie häufiger', sagte Scherrer. „Wenn wir also eine Obergrenze für ihren Überfluss setzen – wenn wir sagen, die Zahlendichte kann diese Zahl nicht überschreiten oder wir würden Tote sehen –, ist das tatsächlich eine Beschränkung der Masse. Es sagt, die Masse muss hoch sein.'

Mit dieser Argumentation war das Trio in der Lage, Makros etwas zu charakterisieren. Insbesondere schlossen sie den „großen und leichten“ Parameterraum für diese hypothetischen Objekte aus; Makros, die breiter als 1 Mikrometer oder so und auch leichter als 110 lbs sind. (50 Kilogramm) machen wahrscheinlich nur einen winzigen Bruchteil der Dunklen Materie aus, wenn sie überhaupt existiert, berechneten die Forscher.

Singh Sidhu sagte, er hoffe, dass das neue Papier, das bei der Zeitschrift Physical Review Letters eingereicht wurde, das Profil von Makros als brauchbare Kandidaten für dunkle Materie stärkt.

'Ich möchte nur, dass die Leute alle Optionen in Betracht ziehen', sagte er und erklärte, dass WIMPs und andere hypothetische Elementarteilchen derzeit die Aufmerksamkeit der meisten Forscher der Dunklen Materie auf sich ziehen.

Die neuartigen Erkennungsstrategien, die in dem neuen Papier – und in der Countertop-Studie, die bei der Zeitschrift Physical Review D eingereicht wurde – dargelegt werden, könnten auch andere Wissenschaftler dazu inspirieren, über den Tellerrand zu schauen, sagten die Teammitglieder.

'Es hilft, unseren Horizont in Bezug auf die Dinge zu erweitern, über die wir bei der Beschränkung der Dunklen Materie nachdenken sollten', sagte Scherrer. „Es könnte andere ungewöhnliche Ideen geben, an die wir nicht gedacht haben und die dieses Modell oder andere Modelle für dunkle Materie einschränken könnten. Es zeigt, dass Sie ein breites Netz auswerfen sollten.'

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Anmerkung der Redaktion: In der Originalversion dieser Geschichte hieß es, dass die neue Studie darauf hindeutet, dass Makros, die größer als 1 Mikrometer und leichter als 50 Kilogramm sind, nicht existieren sollten. Es wurde korrigiert, um zu sagen, dass solche Objekte laut der Studie nur einen winzigen Bruchteil der Population der Dunklen Materie ausmachen sollten, wenn sie überhaupt existieren.

Mike Walls Buch über die Suche nach außerirdischem Leben ' Dort draußen ' (Grand Central Publishing, 2018; illustriert von Karl Tate ), ist jetzt draußen. Folge ihm auf Twitter @michaeldwall . Folge uns auf Twitter @spacedotcom oder Facebook .