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21-Zentimer Kosmologie

Dunkle Photonen sollen Standardmodell der Physik erweitern

Nur Dunkle Photonen können die neusten Messdaten eines Radioteleskops in Australien erklären. Physiker wollen die Dunklen Photonen nun in das Standardmodell der Physik aufnehmen.

Wien (Österreich). Messdaten des Radioteleskops EDGES (Experiment to Dedect the Global Epoch of Reionization) in Australien stellen Astrophysiker vor ein Rätsel: Die Messungen stehen im Widerspruch zum gängigen Bild des frühen Universums. Um die Daten dennoch erklären zu können, veröffentlichten die Physiker eine Hypothese im Fachmagazin Physical Review Letters. Demnach kann der Effekt mit Hilfe Dunkler Photonen erklärt werden, welches im Zusammenhang mit der Dunklen Materie stehen.

Neben Dunkler Materie und Dunkler Energie vermuten Physiker noch Dunkle Photonen im Universum. Dieses Konzept ist noch relativ jung, könnte aber diesen und andere Effekte erklären. Dunkle Photonen sollen Austauschteilchen sein, die mit der Dunklen Materie verbunden sind. Wie Josef Pradler vom Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) erklärt: „Unsere Theorie beruht auf der Annahme Dunkler Photonen, die nur eine minimale Erweiterung des Standardmodells darstellen. Die Physiker vermuten, dass sich Dunkle Photonen unter bestimmten Umständen in normale Photonen umwandeln können.

Die 21-Zentimeter-Kosmologie

Hintergrund der Beobachtung ist der Urknall bzw. die ersten 200 Millionen Jahre nach dem Big-Bang. In dieser Zeit bildeten sich die allerersten Sterne im Universum und es strahlte das erste Mal Licht im Weltraum. Die ersten Sterne können heute jedoch nicht mehr direkt von Teleskopen beobachtet werden. Aus diesem Grund greift man auf die sogenannte 21-Zentimeter-Kosmologie zurück. Die Idee hinter dem Vorgehen ist, dass das Licht der ersten Sterne damals mit dem Wasserstoff im Universum interagierte. Dies sollte im Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung eine charakteristische Signatur hinterlassen haben, die selbst heute noch, 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall, beobachtet werden kann.

Auf der Suche nach Dunkler Materie, Dunkler Energie und Dunkler Photonen

Dunkle Materie, eine Art Substanz, die man nur indirekt durch ihre Auswirkungen auf die Schwerkraft sehen kann, macht etwa 23 Prozent der gesamten Masse des Universums aus. Hinzu kommt die Dunkle Energie und wenn es nach vielen Physikern geht, nun auch Dunkle Photonen. Normale Masse, also negativ geladenen Elektronen, die um einen positiven Atomkern kreisen, machen hingegen nur etwa fünf Prozent der Masse unseres Universums aus. Astrophysiker auf der ganzen Welt versuchen bereits seit Jahren, dem Geheimnis der bisher nur indirekt nachgewiesenen Dunklen Materie auf die Spur zu kommen. Derzeit ist dies der heilige Gral der Physik.

Messdaten des Radioteleskops

Die Messdaten des EDGES-Radioteleskops ergaben eine deutliche Abweichung des erwarteten Wertes. Dies lässt auf eine mögliche Wechselwirkung mit Dunkler Materie hindeuten, so die Physiker. Um diesen Effekt erklären zu können, müssten im jungen Universum mehr Lichtteilchen involviert gewesen sein als bisher angenommen. Eine Umwandlung Dunkler Photonen in herkömmliche Photonen könnten die ungewöhnlichen Messdaten erklären.

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