Dunkle Materie wird gewöhnlich als unsichtbare Substanz beschrieben, die nur auf die Schwerkraft reagiert. Doch Forscher des Perimeter Institute for Theoretical Physics haben eine komplexere Möglichkeit untersucht: Die Teilchen der Dunklen Materie könnten zusätzlich über eine eigene, verborgene Kraft interagieren – eine „dunkle Kraft", die für gewöhnliche Materie nicht nachweisbar ist.
In einer neuen Studie, veröffentlicht im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), modellierten der Physiker Zachary Weiner und seine Kollegen, was geschähe, wenn Dunkle Materie einer zusätzlichen anziehenden Kraft ausgesetzt wäre. Das Ergebnis war verblüffend kontraintuitiv. Obwohl die Zusatzkraft die Dunkle Materie effizienter zusammenballen lässt, beschleunigt sie das Wachstum kosmischer Strukturen meist nicht – sie bremst es eher.
„Auf den ersten Blick scheint das Ergebnis offensichtlich. Wenn sich Teilchen der Dunklen Materie über eine zusätzliche Kraft gegenseitig anziehen, sollten sie sich effizienter zusammenballen", sagt Weiner. „Doch gleichzeitig greift ein weiterer Effekt."
Derselbe Mechanismus, der die Verdichtung verstärkt, führt auch dazu, dass die Teilchen der Dunklen Materie mit der Ausdehnung des Universums effektiv an Masse verlieren. Dieser Masseverlust schwächt ihre Gravitationswirkung und gleicht die stärkere Anziehung durch die verborgene Kraft aus. In den meisten Fällen unterdrückt die kombinierte Wirkung das Wachstum von Galaxien und anderen großen Strukturen, statt es zu fördern.
Die Erkenntnisse betreffen mehr als nur die Dunkle Materie selbst. Einige Modelle zur Erklärung jüngster Beobachtungen des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) beruhen auf ähnlichen Wechselwirkungen zwischen Teilchen der Dunklen Materie. Laut den Forschern dürfte der neu identifizierte Mechanismus viele dieser komplexeren Szenarien ebenfalls beeinflussen.
Das Interesse an einer möglichen „dunklen Kraft" wächst, weil einige der präzisesten Beobachtungen des Universums leicht unterschiedliche Geschichten erzählen: Messungen der kosmischen Expansion und des Strukturwachstums fügen sich nicht immer so nahtlos ineinander, wie das Standardmodell der Kosmologie vorhersagt. Die Abweichungen sind klein, deuten aber darauf hin, dass dem Modell möglicherweise ein Baustein fehlt.
„Das Universum ist oft subtiler als unsere Intuition", sagt Weiner. „Genau deshalb müssen wir diese Ideen weiter testen."
