Ein Teil der Dunklen Materie, den man aufgrund der thermischen Geschichte des Universums für ausgeschlossen hielt, könnte tatsächlich weiterhin möglich sein.
Die Dunkle Materie ist unsichtbar, aber ihre Gravitation wirkt auf Galaxien und große kosmische Strukturen. Ihre Natur ist unbekannt. Zu den in Betracht gezogenen Kandidaten gehört das dunkle Photon, ein hypothetisches Teilchen, das in einigen Eigenschaften dem gewöhnlichen Photon ähneln würde. Es könnte diese unsichtbare Materie ganz oder teilweise bilden.
Um das zu verstehen, muss man ins junge Universum zurückgehen. Die Materie bildete dort ein Plasma, also ein sehr heißes Gas, das geladene Teilchen enthielt. Unter bestimmten Bedingungen hätten dunkle Photonen ihre Energie an dieses Plasma übertragen können. Die Modelle sagten damals eine Erwärmung voraus, die stark genug gewesen wäre, um heute beobachtbare Spuren zu hinterlassen.
Das Fehlen dieser Spuren diente dazu, sehr strenge Grenzen festzulegen. Bestimmte mögliche Massen für dunkle Photonen galten daher als unvereinbar mit kosmologischen Beobachtungen. Diese Überlegung beruhte jedoch auf einer Annahme: Der Energietransfer musste sich effizient fortsetzen können, sobald die richtigen Bedingungen erfüllt waren.
Anson Hook, Junwu Huang und Mohamad Shalaby haben diesen Schritt mit numerischen Simulationen, die das Verhalten des Plasmas verfolgen, erneut untersucht. Das Ergebnis verändert das Szenario grundlegend. Wenn die übertragene Energie mit der thermischen Energie der Elektronen im Plasma vergleichbar wird, ordnet sich das Plasma neu. Dabei treten Dichteschwankungen auf, die die für den Transfer erforderlichen Bedingungen stören.
Konkret bremst sich der Mechanismus letztlich selbst. Dunkle Photonen können daher nicht weiterhin so viel Energie einbringen, wie frühere Berechnungen vorhergesagt hatten. Nach Ansicht der Forschenden bleibt die tatsächlich deponierte Energie nahe bei der Energie, die die Elektronen zum Zeitpunkt der Umwandlung bereits trugen. Sie bleibt damit weit unter den Niveaus, die die gesuchten kosmologischen Signaturen erzeugen könnten.
Diese Differenz verändert die aus den Beobachtungen abgeleiteten Grenzen erheblich. Die betreffenden Einschränkungen werden je nach betrachteter Masse um das 3.000-Fache bis 10-Millionen-Fache schwächer. Der Effekt erstreckt sich über zehn Größenordnungen der Masse. Mit anderen Worten: Ein sehr großer Bereich, der zuvor als ausgeschlossen galt, könnte wieder mit den verfügbaren Daten vereinbar sein.
Das Ergebnis ist kein Nachweis Dunkler Materie und beweist nicht die Existenz dunkler Photonen. Es entkräftet vielmehr eine Reihe von Argumenten, die herangezogen wurden, um bestimmte ihrer Eigenschaften auszuschließen. Andere Suchmethoden, insbesondere Laborexperimente und astrophysikalische Beobachtungen, die auf anderen Phänomenen beruhen, bleiben daher notwendig, um diese Hypothese zu prüfen.