Wien – Kürzlich wurden Messungen des australischen Radioteleskops EDGES ("Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature") publiziert, die im Widerspruch zum gängigen Bild des frühen Universums stehen. Unter Beteiligung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) wurde im Fachjournal "Physical Review Letters" nun eine Hypothese präsentiert, die den Effekt anhand eines Phänomens erklären könnte, das in Zusammenhang mit der Dunklen Materie steht.
Dabei greifen die Forscher auf das noch relativ junge Konzept von Dunklen Photonen zurück. Diese wären Austauschteilchen analog zu herkömmlichen Photonen – aber nicht wie diese in Bezug auf Elektromagnetismus, stattdessen könnten sie mit der Dunklen Materie verbunden sein. "Unsere Theorie beruht auf der Annahme Dunkler Photonen, die nur eine minimale Erweiterung des Standardmodells darstellen", sagt Josef Pradler vom Institut für Hochenergiephysik der ÖAW in Wien. Demnach können Dunkle Photonen unter bestimmten Umständen in normale Lichtteilchen umgewandelt werden.
Der kosmische Hintergrund
Als sich 200 Millionen Jahre nach dem Urknall unter dem Einfluss der Gravitation die ersten Sterne bildeten, erstrahlte auch das erste Mal wieder neues Licht im Universum. Die an diesem "kosmischen Sonnenaufgang" beteiligten Himmelskörper sind heute allerdings tief im Kosmos verborgen und können mit Teleskopen nicht mehr direkt beobachtet werden.
Um dennoch Erkenntnisse über diese frühe Zeit des Universums zu gewinnen, greifen Astronomen deshalb auf indirekte Methoden zurück. Eine davon ist die sogenannte 21-Zentimeter-Kosmologie. Sie beruht darauf, dass das Licht der ersten Sterne mit dem damals allgegenwärtigen Wasserstoff interagierte. Das sollte im Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung eine charakteristische Struktur hinterlassen haben, die auch heute noch bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern beobachtet werden kann.
Auf der Suche nach der Dunklen Materie
"Die 21-Zentimeter-Kosmologie hat hohes Potenzial, um neue Modelle der Dunklen Materie zu testen", sagt Pradler. Dunkle Materie ist eine bisher nur anhand ihrer Gravitationswirkung beobachtbare und nach wie vor unbekannte "Substanz", die rund 23 Prozent des gesamten Masse- und Energiegehalts im Universum ausmachen soll (sämtliche herkömmliche Materie würde zusammen keine 5 Prozent ausmachen).
Die Messungen von EDGES ergaben, dass das 21-Zentimeter-Signal deutlich vom erwarteten Wert abweicht, was auf eine mögliche Wechselwirkung mit Dunkler Materie hinweist. Um den gemessenen Effekt zu erklären, müssten in der Frühzeit des Universums mehr Lichtteilchen involviert gewesen sein als ursprünglich angenommen. Eine Umwandlung Dunkler Photonen in herkömmliche Lichtteilchen könnte die unerwartete Stärke des gemessenen Signals erklären. (red, APA, 1. 8. 2018)