Dieses neue Modell verbindet Dunkle Materie und kosmische Inflation 🌀

Das Geheimnis der Dunklen Materie, dieser unsichtbaren Materie, die etwa 80 % des Universums ausmachen soll, scheint eine unerwartete Wendung zu nehmen. Könnte es sein, dass ihr Ursprung nicht in der heißen Phase des Urknalls liegt, sondern in der kosmischen Inflation, jener Phase rasanter, exponentieller Expansion des Universums?

Einer in Physical Review Letters veröffentlichten Studie zufolge haben Forscher aus Texas ein neues Modell namens WIFI (Warm Inflation via ultraviolet Freeze-In) vorgeschlagen. Dieses Modell untersucht einen Mechanismus, durch den Dunkle Materie während der Inflation, noch vor der „Aufwärmphase“, in der die elementaren Teilchen entstanden, produziert wird.


Das WIFI-Modell basiert auf der Idee, dass Dunkle Materie durch subtile und seltene Wechselwirkungen zwischen dem Inflaton-Feld und Teilchen in einer energiereichen Umgebung entstehen könnte. Anders als bei klassischen Szenarien des „chemischen Einfrierens“ (Freeze-out oder Freeze-in) wird die Dunkle Materie hier während der Phase der kosmischen Inflation erzeugt.

Die Inflationstheorie, die vor etwa 45 Jahren formuliert wurde, erklärt, warum das sichtbare Universum homogen und isotrop erscheint und dennoch expandiert. In dieser Phase wuchs das Universum in nur 10^-36 Sekunden um den unvorstellbaren Faktor 10²⁶.

Die Produktion von Materie während dieser Phase stellt jedoch eine Herausforderung dar: Die Expansion selbst verdünnt fast alles. Dennoch postuliert das WIFI-Modell, dass Strahlung, die vom Inflaton-Feld erzeugt wird, über einen Mechanismus des Ultraviolet Freeze-in Dunkle-Materie-Teilchen hätte erzeugen können.

Dieses Modell ist umso faszinierender, als es möglicherweise überprüfbar ist. Die für das nächste Jahrzehnt geplanten Experimente zur kosmischen Hintergrundstrahlung könnten Signaturen einer sogenannten „heißen“ Inflation, einem wesentlichen Bestandteil des WIFI-Modells, nachweisen. Sollte sich dies bestätigen, würde dies den Weg für neue Theorien über den Ursprung der Dunklen Materie ebnen.

Mit einer erweiterten Perspektive schlagen die Autoren vor, dass dieser Mechanismus auch die Entstehung von Teilchen erklären könnte, die eine Schlüsselrolle in der Entwicklung des frühen Universums gespielt haben. Dies zeigt, dass das WIFI-Modell über die bloße Dunkle Materie hinausgeht.

Wenn die Dunkle Materie während der Inflation entstanden ist, dann läge ihr Ursprung zeitlich vor der Bildung der ersten Teilchen des Standardmodells. Diese Perspektive könnte unser Verständnis des Kosmos revolutionieren.