Bild wikipedia Galaxhopen MACS J0025.4-1222 belägen ca 5,7 miljarder ljusår från jorden i stjärnbilden Valfisken (Cetus). MACS J0025.4-1222 är ett gigantiskt galaxsystem bildat ur en kollision mellan två massiva galaxhopar. Hopen är mest känd för att den ger direkt visuella bevis på mörk materia. Det rosa på bilden visar vanlig materias fördelning, det blå den mörka materiens.
Mörk materia har utforskats av forskare och science fiction-författare i årtionden och inspirerat allt från planetförstörande virvlar i Star Trek till Dammet som upprätthåller multiversum i Philip Pullmans fantasytrilogi His Dark Materials.
Även om forskare i dag är säkra på att mörk materia existerar på grund av dess enorma gravitationseffekt som fungerar som ett osynligt 'kosmiskt lim' som håller galaxer samman har den aldrig observerats och dess sanna natur är ett mysterium.
Även om möjligheten att mörk materia existerar i en extra för oss dold dimension och har undersökts omfattande under de senaste åren, har forskare vid University of Sheffield nu tagit det konceptet ett steg längre.
Här kan man få tankar åt strängteorin där upptill tio dimensioner diskuteras istället för de fyra vi anses leva under i dag höjd, bredd, längd och tid (min tanke).
Forskarna vid Sheffield beskriver en övertygande ram för att förklara hur mörk materia beter sig och varför den fortfarande är så svår att upptäcka
I studien (se nedan) föreslås att mörk materia finns i en dold extra dimension tillsammans med en kraftbärande partikel som de kallar en mörk foton. Enligt teorin gör den specifika geometrin och formen på denna extra dimension att massorna hos dessa partiklar linjeras i en exakt ordning.
Denna justering skapar ett fenomen som kallas mörk materia-resonans, vilket är fritt tolkat likt hur ett musikinstrument vibrerar intensivt när det träffar exakt rätt ton.
Dr Yu-Dai Tsai, Dorothy Hodgkin Senior Research Fellow vid University of Sheffield vid Royal Society, beskriver: "Resonans av mörk materia är redan känt som en kraftfull idé, med potential att förändra vår förståelse av hur mörk materia producerades i det tidiga universum och hur vi bör söka efter den idag.
"Men många tidigare resonans mörkmateriamodeller har behandlat resonansen som en förutsättning. Denna nya modell ger en möjlig djupare källa till detta innebärande att resonansen kan komma direkt från geometrin av för oss dolda dimensioner.
"Denna resonans kan göra mörk materie-interaktioner mycket starkare vid avgörande epoker i kosmisk historia ex som i det tidiga universum. Avgörande är att modellen tillåter dessa starka interaktioner i det förflutna samtidigt som den förklarar varför mörk materia verkar så reaktionströg och därmed svår att upptäcka."
Medan resonant ( i betydelsen att när något svänger eller vibrerar i takt med något annat) mörk materia och extra dimensioner båda har studerats oberoende tidigare, krävde tidigare modeller att partikelmassor noggrant justerades eller 'arrangerades för hand' för att fysiken skulle fungera.
I Sheffield-studien föreslås att denna perfekta stämning inte är en slump utan uppstår naturligt från den matematiska strukturen i den dolda dimensionen själv.
"Att förstå mörk materia skulle innebära ett djupgående framsteg i mänsklighetens kunskap om kosmos och vad det består av," tillägger Yu-Dai.
"Vår forskning ger fysiker tydliga nya mål i jakten på mörk materia, samtidigt som vi kopplar samman två av de största idéerna inom grundläggande fysik. Mysteriet med mörk materia och existensen av dolda dimensioner."
Utöver att utöka vår förståelse av kosmos, driver sökandet efter mörk materia indirekt praktiska teknologiska framsteg. De ultrakänsliga detektorerna, kryogeniken, lågbrus-elektroniken och kvantmätteknologierna som utvecklats för att leta efter mörk materia kan driva fram genombrott inom medicin, databehandling och global kommunikation.
Studien är publicerad i tidskriften Physical Review D
