Mörk materia blir allt mer förbryllande. Runt världen, fysiker har försökt i decennier att bestämma beskaffenheten av dessa ämnespartiklar, som inte avger ljus och därför är osynliga för det mänskliga ögat. Deras existens postulerades på 1930 -talet för att förklara vissa astronomiska observationer. Som synlig materia, som den som utgör stjärnorna och jorden, utgör bara 5 procent av universum, det har föreslagits att mörk materia måste representera 23 procent av det som finns där ute. Men hittills och trots intensiv forskning, det har visat sig omöjligt att faktiskt identifiera de inblandade partiklarna. Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har nu presenterat en ny teori om mörk materia, vilket innebär att partiklar av mörk materia kan skilja sig mycket från vad som normalt antas. Särskilt, deras teori involverar partiklar av mörk materia som är extremt ljusa - nästan hundra gånger ljusare än elektroner, i skarp kontrast till många konventionella modeller som involverar mycket tunga partiklar av mörk materia istället.

Enligt vanlig teori, mörk materia måste existera för annars skulle stjärnorna inte fortsätta att rotera runt mitten av sina galaxer som de faktiskt gör. Bland de särskilt gynnade kandidaterna för mörk materia finns så kallade svagt interagerande massiva partiklar, eller WIMP. Forskare söker efter dessa i det italienska Gran Sasso underjordiska laboratoriet, till exempel. Men de senaste vetenskapliga publikationerna inom astropartikelfysik anser alltmer att WIMP inte kommer att vara livskraftiga framtidsutsikter när det gäller mörk materia. "Vi, för, är för närvarande aktivt på jakt efter möjliga alternativ, "sade professor Joachim Kopp från Mainz universitet.

Fysikern, tillsammans med sina kollegor Vedran Brdar, Jia Liu, och Xiao-Ping Want, tittade närmare på resultaten av observationer som gjordes av flera oberoende grupper under 2014. Grupperna rapporterade förekomsten av en tidigare oupptäckt spektral linje, med en energi på 3,5 kiloelektron volt (keV), i röntgenljus från avlägsna galaxer och galaxkluster. Denna ovanliga röntgenstrålning kan ge en ledtråd till mörk materia. Det har tidigare påpekats att mörk materia partiklar kan sönderfalla, därmed avger röntgenstrålar. Dock, Joachim Kopps team på Mainz-baserade Cluster of Excellence on Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter (PRISMA) tar ett annat tillvägagångssätt.

Röntgenstrålning som produceras genom förintelse av mörk materia

PRISMA -forskarna föreslår ett scenario där två partiklar av mörk materia kolliderar, vilket resulterar i deras ömsesidiga förintelse. Detta är analogt med vad som händer, till exempel, när en elektron möter sin antipartikel, ett positron. "Det har länge antagits att det inte skulle vara möjligt att observera en sådan förintelse av mörk materia om den var gjord av partiklar som lyser, "förklarade Kopp." Vi har utsatt vår nya modell för granskning och har jämfört den med experimentella data, och allt passar ihop mycket bättre än för äldre modeller. "

Enligt Kopps modell, partiklar av mörk materia skulle vara fermioner med en massa på bara några kiloelektronvolter, kallas ofta sterila neutriner. Sådan lätt mörk materia anses vanligtvis vara problematisk eftersom den gör det svårt att förklara hur galaxer kunde ha bildats. "Än så länge, vi har kunnat hantera dessa bekymmer, "förklarade Kopp." Vår modell ger en elegant väg ut. "Antagandet att förintelse av mörk materia är en tvåstegsprocess är av avgörande betydelse i detta sammanhang:under den inledande fasen av processen, ett mellantillstånd bildas, som senare sönderfaller i de observerade röntgenfotonerna. "Resultaten av våra beräkningar visar att den resulterande röntgensignaturen korrelerar nära med observationerna och erbjuder därför en ny förklaring till dessa, " tillade Kopp.

På samma gång, den nya modellen i sig är så generell att den kommer att erbjuda en intressant utgångspunkt för sökandet efter mörk materia även om det visar sig att den spektrallinje som upptäcktes 2014 har ett annat ursprung. Teoretiska och experimentella fysiker vid JGU arbetar för närvarande med det föreslagna ESA-uppdraget e-ASTROGRAM, som syftar till att analysera astrofysisk röntgenstrålning med tidigare ouppnådd noggrannhet.