Mørk materie, de tingene som antas å utgjøre omtrent en fjerdedel av universet, men ikke ser ut til å samhandle med lys i det hele tatt, kan ha en liten elektrisk ladning, ifølge en ny studie.
Så langt har mørk materie gjort sin tilstedeværelse kjent bare gjennom tyngdekraften, ved å trekke på stjerner og galakser. Men nå antyder astrofysikere Julian Muñoz og Abraham Loeb fra Harvard University at en liten brøkdel av mørkstoffpartikler kan ha en liten elektrisk ladning - noe som betyr at mørk materie kan samhandle med normal materie gjennom den elektromagnetiske kraften.
Hvis sant, ville denne ideen ikke bare representere et stort skritt i å forstå mørk materie, men vil også forklare et nylig mysterium som har vært forvirrende kosmologer.
Nysgjerrig avkjøling
I februar kunngjorde astronomer den første deteksjonen av et unnvikende signal fra hydrogengass fra den kosmiske daggry, perioden omtrent 180 millioner år etter Big Bang da de første stjernene begynte å skinne. På dette tidspunktet var hydrogengassen som fløt mellom stjernene kald - kaldere enn den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, reststrålingen fra Big Bang som bader universet.
Fordi hydrogen er kjøligere enn denne ettergløden, absorberer gassen strålingen - spesielt stråling med en bølgelengde på 21 centimeter. Ved å måle absorpsjon av stråling av hydrogen, kan astronomer bedre forstå den kosmiske daggry, en relativt ukjent epoke av kosmisk historie. Ved hjelp av en radioantenne i Vest-Australia kalt Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES), var et team av astronomer i stand til å oppdage denne absorpsjonen for første gang.
"Dette er i og for seg en fantastisk vitenskapelig oppdagelse," sa Muñoz til Live Science. Men mer enn det, la han til, fant astronomene at dobbelt så mange fotoner ble absorbert av hydrogenet enn forventet. For at gassen skal absorbere så mye stråling, må den være enda kjøligere enn forskerne trodde.
Muñoz og Loeb foreslo at mørk materie kan være den skyldige for den nysgjerrige avkjøling. I et papir publisert 30. mai i tidsskriftet Nature, fant de ut at hvis mindre enn 1 prosent av den mørke saken hadde omtrent en milliondel av den elektriske ladningen til et elektron, så kunne denne unnvikende saken trekke varme fra hydrogenet - på samme måte som hvordan isbiter avkjøler sitronaden din. "Is, her, er den mørke saken," sa Muñoz.
Ideen deres er ikke helt ny. For tiår siden foreslo fysikere at partikler av mørke stoffer kunne ha en elektrisk ladning.
Og det er ikke den eneste forklaringen på denne avkjøling. I en artikkel fra 1. mars i tidsskriftet Nature, foreslo Rennan Barkana, en kosmolog ved Tel Aviv University i Israel, at en mer generell form for mørk materie, som ikke nødvendigvis har noen kostnad, kan avkjøle normal materie og forklare EDGES-data .
Begge forslagene om mørk materie gir lignende spådommer, sa Barkana, som ikke var involvert i den nåværende studien.
"Dette er en tid for forsiktig optimisme og å holde et åpent sinn, både om radioobservasjonen og tolkningen," sa Barkana til Live Science.
Dusinvis av ideer
Mørk materie er bare en av dusinvis av ideer som foreslås for å forklare avviket. I stedet for at gassen for eksempel er kjøligere, kan bakgrunnsstrålingen være varmere enn forventet, med en eller annen eksotisk prosess som produserer mer stråling som det ennå ikke er redegjort for. Eller det kan ganske enkelt være feil i analysen eller målingen.
Faktisk er EDGES-observasjonen den første i sitt slag, og selv om teamet brukte to år på å sjekke og dobbeltsjekke analysen, vil forskere trenge mer data for å bekrefte de forvirrende resultatene.
"Hvis EDGES er riktig, tror jeg ikke det er noen konvensjonell forklaring som er overbevisende," sa Steven Furlanetto, en astrofysiker ved University of California, Los Angeles, som ikke var involvert i studien. "Du må virkelig gå til et av disse ikke-standardiserte fysikk-scenariene, og i så fall tror jeg det er vidt åpent."
Muñoz er imidlertid delvis i forklaringen om mørk materie. "Hvis EDGES faktisk har rett, virker det veldig vanskelig for dette å ikke være et resultat av mørk materie," sa han.
Flere instrumenter rundt om i verden er allerede i ferd med å gjøre opp for å gjøre mer detaljerte observasjoner. I motsetning til EDGES, vil noen eksperimenter, for eksempel et radioteleskop i Sør-Afrika kalt Hydrogen Epoch of Reionization Array, kunne måle hvordan absorpsjonen varierer over himmelen. Hvis en liten brøkdel av mørk materie er elektrisk ladet som Muñoz og Loeb sier, så vil det skape et tydelig mønster i denne variasjonen - noe som gir en nøkkelprøve for elektrisk ladet mørk materie.
