Mørk stof, de ting, der antages at udgøre omkring en fjerdedel af universet og alligevel ikke ser ud til at interagere med lys overhovedet, kunne have en lille elektrisk ladning, ifølge en ny undersøgelse.
Indtil videre har mørkt stof kun gjort sin tilstedeværelse kendt gennem tyngdekraften ved at trække stjerner og galakser. Men nu antyder astrofysikere Julian Muñoz og Abraham Loeb fra Harvard University, at en lille brøkdel af partikler med mørkt stof kunne have en lille elektrisk ladning - hvilket betyder, at mørkt stof kan interagere med normalt stof gennem den elektromagnetiske kraft.
Hvis det er sandt, ville denne idé ikke kun repræsentere et stort skridt i forståelsen af mørk stof, men ville også forklare et nyligt mysterium, der har været forvirrende kosmologer.
Mærkelig afkøling
I februar annoncerede astronomer den første detektion af et undvigende signal fra brintgas fra den kosmiske daggry, perioden omkring 180 millioner år efter Big Bang, da de første stjerner begyndte at skinne. På dette tidspunkt var brintgassen, der flydede mellem stjernene, kold - koldere end den kosmiske mikrobølgebakgrund, den resterende stråling fra Big Bang, der bader universet.
Da brint er køligere end dette efterglød, absorberer gassen strålingen - især stråling med en bølgelængde på 21 centimeter (8,3 inch). Ved at måle absorption af stråling af brint kan astronomer bedre forstå den kosmiske daggry, en relativt ukendt æra med kosmisk historie. Ved hjælp af en radioantenne i Western Australia kaldet Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES) var et team af astronomer i stand til at registrere denne absorption for første gang.
"Dette er i sig selv en fantastisk videnskabelig opdagelse," fortalte Muñoz til Live Science. Men mere end det, tilføjede han, fandt astronomerne, at dobbelt så mange fotoner blev absorberet af brintet end forventet. For at gassen kan absorbere så meget stråling, skulle den være endnu køligere, end forskerne troede.
Muñoz og Loeb foreslog, at mørkt stof måske var den skyldige i den nysgerrige afkøling. I et papir, der blev offentliggjort 30. maj i tidsskriftet Nature, fandt de, at hvis mindre end 1 procent af det mørke stof havde omkring en milliondel af den elektriske ladning af et elektron, så kunne dette undvigende stof trække varme fra brintet - svarende til hvordan isterninger afkøler din limonade. "Is, her, er den mørke sag," sagde Muñoz.
Deres idé er ikke helt ny. For tiår siden foreslog fysikere, at partikler med mørke stoffer kunne have en elektrisk ladning.
Og det er ikke den eneste forklaring på denne afkøling. I et papir fra 1. marts i tidsskriftet Nature foreslog Rennan Barkana, en kosmolog ved Tel Aviv University i Israel, at en mere generel form for mørk stof, som ikke nødvendigvis har en afgift, kunne køle normal sag og forklare EDGES-data .
Begge forslag om mørke stoffer fremsætter lignende forudsigelser, sagde Barkana, der ikke var involveret i den aktuelle undersøgelse.
"Dette er en tid til forsigtig optimisme og at holde et åbent sind, både om radioobservationen og fortolkningen," fortalte Barkana til Live Science.
Dusinvis af ideer
Mørk stof er kun en af snesevis af ideer, der foreslås for at forklare afvikelsen. I stedet for at gassen er køligere, kan baggrundsstrålingen for eksempel være varmere end forventet, med en eller anden eksotisk proces, der producerer mere stråling, som endnu ikke er taget højde for. Eller der kan simpelthen være fejl i analysen eller målingen.
Faktisk er EDGES-observationen den første af sin art, og selvom teamet brugte to år på at kontrollere og dobbeltkontrol analysen, har forskere brug for flere data for at bekræfte de forundrede resultater.
"Hvis EDGES er korrekt, tror jeg ikke, at der er nogen konventionel forklaring, der er overbevisende," sagde Steven Furlanetto, en astrofysiker ved University of California, Los Angeles, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Du er virkelig nødt til at gå til et af disse ikke-standardiserede fysiksscenarier, og i det tilfælde synes jeg det er åben."
Muñoz er dog delvis i forklaringen på mørke stoffer. "Hvis EDGES faktisk har ret, ser det meget vanskeligt ud for dette ikke at være resultatet af mørk stof," sagde han.
Flere instrumenter rundt om i verden er allerede klar til at foretage mere detaljerede observationer. I modsætning til EDGES vil nogle eksperimenter, såsom et radioteleskop i Sydafrika kaldet Hydrogen Epoch of Reionization Array, være i stand til at måle, hvordan absorptionen varierer over himlen. Hvis en lille brøkdel af mørkt stof er elektrisk ladet som Muñoz og Loeb siger, vil det skabe et tydeligt mønster i denne variation - hvilket giver en nøgletest for elektrisk ladet mørk stof.
