Mörk materia, de saker som antas att utgöra ungefär en fjärdedel av universum men ändå inte verkar interagera med ljus alls, kan ha en liten elektrisk laddning, enligt en ny studie.
Hittills har mörk materia känt sin närvaro endast genom tyngdkraften, genom att dra på stjärnor och galaxer. Men nu antyder astrofysiker Julian Muñoz och Abraham Loeb från Harvard University att en liten bråkdel av partiklar av mörk materia kan ha en liten elektrisk laddning - vilket betyder att mörk materia kan interagera med normal materia genom den elektromagnetiska kraften.
Om det är sant skulle denna idé inte bara representera ett stort steg för att förstå mörk materia utan också förklara ett nyligen mysterium som har varit förvirrande kosmologer.
Nyfiken kylning
I februari tillkännagav astronomer den första upptäckten av en svårfångad signal från vätgas från den kosmiska gryningen, perioden cirka 180 miljoner år efter Big Bang när de första stjärnorna började lysa. Vid denna tidpunkt var vätgas som flyter mellan stjärnorna kall - kallare än den kosmiska mikrovågsbakgrunden, reststrålningen från Big Bang som badar universum.
Eftersom väte är svalare än denna efterglöd absorberar gasen strålningen - i synnerhet strålning med en våglängd på 21 centimeter (8,3 tum). Genom att mäta absorptionen av strålning av väte kan astronomer bättre förstå den kosmiska gryningen, en relativt okänd era av kosmisk historia. Med hjälp av en radioantenn i västra Australien som heter Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES) kunde ett team av astronomer upptäcka denna absorption för första gången.
"Detta är i sig själv en fantastisk vetenskaplig upptäckt," sa Muñoz till Live Science. Men mer än så, tillade han, fann astronomerna att dubbelt så många fotoner absorberades av väte än väntat. För att gasen ska ta upp så mycket strålning, måste den vara ännu svalare än forskarna trodde.
Muñoz och Loeb föreslog att mörk materia skulle kunna vara den skyldige för den nyfikna kylningen. I ett papper som publicerades 30 maj i tidskriften Nature, fann de att om mindre än 1 procent av den mörka materien hade ungefär en miljondel av den elektriska laddningen för en elektron, så kan denna svårfångade materia dra värme från väte - liknande hur isbitar kyler din limonad. "Is, här är den mörka frågan," sa Muñoz.
Deras idé är inte helt ny. För årtionden föreslog fysiker att partiklar med mörkt ämne kunde ha en elektrisk laddning.
Och det är inte den enda förklaringen till denna kylning. I en tidning 1 mars i tidskriften Nature föreslog Rennan Barkana, en kosmolog vid Tel Aviv University i Israel, att en mer allmän form av mörk materia, som inte nödvändigtvis har en avgift, kan kyla normal materia och förklara EDGES-uppgifterna .
Båda förslagen om mörk materia gör liknande förutsägelser, sade Barkana, som inte var inblandad i den aktuella studien.
"Detta är en tid för försiktig optimism och att hålla ett öppet sinne, både om radioobservationen och tolkningen," sa Barkana till Live Science.
Dussintals idéer
Mörk materia är bara en av dussintals idéer som föreslås för att förklara avvikelsen. I stället för att gasen är svalare kan bakgrundsstrålningen till exempel vara varmare än väntat, med någon exotisk process som ger mer strålning som ännu inte har redovisats. Eller det kan helt enkelt finnas fel i analysen eller mätningen.
Faktum är att EDGES-observationen är den första i sitt slag, och även om teamet tillbringade två år på att kontrollera och dubbelkontrollera analysen kommer forskare att behöva mer information för att bekräfta de förbryllande resultaten.
"Om EDGES är korrekt, tror jag inte att det finns någon konventionell förklaring som är tvingande," sa Steven Furlanetto, en astrofysiker vid University of California, Los Angeles, som inte var inblandad i studien. "Du måste verkligen gå till ett av dessa icke-normala fysiksscenarier, och i så fall tror jag att det är vidöppen."
Muñoz är dock delvis i förklaringen om mörk materia. "Om EDGES verkligen har rätt verkar det mycket svårt att detta inte är resultatet av mörk materia," sade han.
Flera instrument runt om i världen är redan på väg att göra mer detaljerade observationer. Till skillnad från EDGES kommer vissa experiment, till exempel ett radioteleskop i Sydafrika, kallad Hydrogen Epoch of Reionization Array, att kunna mäta hur absorptionen varierar över himlen. Om en liten bråkdel av mörk materia är elektriskt laddad som Muñoz och Loeb säger, så kommer det att skapa ett tydligt mönster i denna variation - vilket ger ett nyckeltest för elektriskt laddat mörkt material.
