Es wird oft gesagt, dass wir noch keine Teilchen der Dunklen Materie entdeckt haben. Das stimmt nicht ganz. Wir haben die Teilchen, die aus kalter dunkler Materie bestehen, nicht entdeckt, aber wir haben Neutrinos entdeckt. Neutrinos haben Masse und wechselwirken nicht stark mit Licht, also sind sie eine Form dunkler Materie. Sie lösen zwar nicht das Geheimnis der Dunklen Materie, spielen aber eine Rolle bei der Form und Entwicklung unseres Universums.
Die möglichen Erklärungen für die Natur der Dunklen Materie. Bildnachweis: G. Bertone und T. M. P. Tait
Aus den Beweisen, die wir für Dunkle Materie haben, wie die Ansammlung von Galaxien und Gravitationslinsen, wissen wir, dass die meisten Dunkle Materie muss kalt sein. Das bedeutet, dass es wahrscheinlich aus schweren Partikeln besteht. Es wurde eine Reihe von Möglichkeiten vorgeschlagen, von exotischen Teilchen, die Axionen genannt werden, bis hin zu winzigen urzeitlichen Schwarzen Löchern. Bisher wurde keine solche Lösung gefunden. Aber während die meisten dunklen Materien kalt sein müssen, könnten auch andere warme oder heiße dunkle Materie eine Rolle spielen.
Neutrinos gibt es in drei Geschmacksrichtungen. Credit: IceCube-Kollaboration
Neutrinos sind eine Form von heißer dunkler Materie. Die Temperatur eines Stoffes wird durch die Geschwindigkeit seiner Teilchen bestimmt. Da sich Neutrinos mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie eine Form von heißer Materie. Lange Zeit dachte man, Neutrinos seien masselos und somit kein Teil der Dunklen Materie. Dann in den 1990er Jahren wurde festgestellt, dass sie ein winzige Masse. Ihre Masse ist so gering, dass wir nicht wissen, was es ist. Wir wissen nur, dass Neutrinos Masse haben, weil sich der Zustand eines Neutrinos im Laufe der Zeit durch einen als Oszillation bekannten Prozess ändern kann. Dies wäre nicht möglich, wenn sie masselos wären und sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würden.
Neutrinos sind also ein Teil der Dunklen Materie, aber welche Rolle spielen sie? Das ist die Frage, der kürzlich imAstrophysikalisches Journal. Das Team führte Computersimulationen zur Interaktion von Neutrinos im kosmischen Maßstab durch. Da sie die Masse von Neutrinos nicht kennen, erstellten sie eine Simulation, in der sie die Masse variieren konnten, um verschiedene Ergebnisse zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass Neutrinos zwar dazu neigen, sich mit Galaxien zu verklumpen, aber tatsächlich daran arbeiten, die Ansammlung von kalter dunkler Materie zu verhindern. Die Höhe der Behinderung hängt von der Masse der Neutrinos ab.
Frühere Studien haben gezeigt, wie die Neutrinomasse die kosmische Evolution beeinflussen könnte, aber diese Studie zeigt, wie Neutrinos kalte dunkle Materie beeinflussen können. Weitere Forschungen könnten es Astronomen sogar ermöglichen, mithilfe von galaktischen Clustern die Masse von Neutrinos zu bestimmen und so die massereichsten Objekte im Universum zu verwenden, um Teilchen mit der kleinsten Masse zu messen. Es ist eine heiße Idee, die ziemlich cool wäre.
Referenz:Yoshikawa, Kohji, et al.“ Kosmologische Vlasov-Poisson-Simulationen der Strukturbildung mit Reliktneutrinos: Nichtlineare Clusterbildung und die NeutrinomasseKo . 'Das Astrophysikalische Journal904.2 (2020): 159.
