Leder efter varmt mørkt stof

I det sidste århundrede, astronomer, der studerede galaksers bevægelser og karakteren af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, indså, at det meste af stoffet i universet ikke var synligt. Omkring 84% af stoffet i kosmos er mørkt, udsender hverken lys eller nogen anden kendt form for stråling. Derfor kaldes det mørkt stof. En af dens andre primære kvaliteter er, at den kun interagerer med andet stof via tyngdekraften:den bærer ingen elektromagnetisk ladning, for eksempel. Mørkt stof er også "mørkt", fordi det er mystisk:det er ikke sammensat af atomer eller deres sædvanlige bestanddele som elektroner og protoner. Partikelfysikere har forestillet sig nye slags stof, i overensstemmelse med universets kendte love, men indtil videre er ingen blevet opdaget eller dens eksistens bekræftet. The Large Hadron Colliders opdagelse af Higgs-bosonen i 2012 førte til et udbrud af optimisme om, at mørkt stof-partikler snart ville blive opdaget, men indtil videre er ingen blevet set, og tidligere lovende klasser af partikler ser nu ud til at være langskudte.

Astronomer indser, at mørkt stof er den dominerende komponent af stof i universet. Uanset dens natur, det påvirkede dybtgående udviklingen af ​​galaktiske strukturer og fordelingen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling (CMBR). Den bemærkelsesværdige overensstemmelse mellem værdierne af vigtige kosmiske parametre (som udvidelseshastigheden) stammer fra observationer af to helt forskellige slags kosmiske strukturer i stor skala, galakser og CMBR. give tillid til inflationære big bang-modeller, der inkluderer rollen mørkt stof.

Nuværende modeller af mørkt stof antager, at det er "koldt, " det er, at det ikke interagerer med nogen anden form for stof eller stråling - eller endda med sig selv - ud over tyngdekraftens påvirkninger. Denne version af kosmologi kaldes derfor scenariet med koldt mørkt stof. Men kosmologer spekulerer på, om mere præcise observationer måske kan udelukke selv små niveauer af interaktioner. CfA-astronomen Sownak Bose ledede et team af kolleger i en undersøgelse af en meget populær (hvis spekulativ) "mørkt stof"-partikel, en, der har en vis evne til at interagere med meget lette partikler, der bevæger sig tæt på lysets hastighed. Denne version danner et af flere mulige scenarier med varmt mørkt stof (måske mere præcist kaldet interagerende mørkt stof). I særdeleshed, de hypotetiske partikler får lov til at interagere med neutrinoer (neutrinoer forventes at være ekstremt mange i det varme tidlige univers).

Forskerne brugte state-of-the-art kosmologiske simuleringer af galaksedannelse til et modelunivers med denne slags varmt mørkt stof. De finder, at for mange observationer er effekterne for små til at være mærkbare. Imidlertid, signaturen af ​​dette varme mørke stof er til stede på nogle forskellige måder, og især i måden fjerne galakser er fordelt i rummet, noget, der kan testes ved at kortlægge galakser ved at se på deres brintgas. Forfatterne konkluderer, at fremtiden, meget følsomme observationer bør kunne udføre disse tests. Detaljerede nye kort over fordelingen af ​​brintgasabsorption kunne bruges til at understøtte - eller udelukke - denne mulighed for varmt mørkt stof (se figuren), og kaste lys over denne mystiske kosmiske komponent.