Kijk naar een sterrenstelsel, wat zie je? Waarschijnlijk veel sterren. En begraven onder die sterren, als je goed genoeg kijkt, vind je misschien planeten, zwarte gaten, witte dwergen, asteroïden en allerlei verschillende grote kansen en doelen. Het gebruikelijke galactische milieu.
Wat je niet zou zien, is wat het grootste deel van dat sterrenstelsel is werkelijk gemaakt van. Je zou het onzichtbare niet zien, het verborgene. Je zou het grootste deel van die galactische massa niet zien. Je zou de donkere materie niet zien.
Dark Matters Most
Donkere materie is een hypothetische vorm van materie, en in die hypothese zwem je er nu in. Voor zover we weten, gebaseerd op decennia van zorgvuldige, nauwgezette observaties van alles, van de beweging van sterren binnen sterrenstelsels tot de beweging van sterrenstelsels binnen clusters tot de vroege momenten van de oerknal tot de groei van structuur in het hele universum (dwz , we hebben hier heel hard aan gewerkt), onze kosmos is niet wat lijkt aan de oppervlakte.
Het belangrijkste resultaat: de meeste onbewerkte dingen in ons universum hebben gewoon geen interactie met licht. De gebruikelijke naam is "donkere materie", maar een betere naam zou kunnen zijn onzichtbaar er toe doen. We weten niet precies wat het is (we werken nog steeds aan dat deel), maar de donkere materie lijkt een soort microscopisch deeltje te zijn dat elk sterrenstelsel overspoelt en ze extra massa geeft. Omdat deze donkere materie geen interactie heeft met licht, heeft hij niets te maken met de elektromagnetische kracht, wat betekent dat hij gewoon door de normale materie gaat zonder dat hij iets merkt of er iets om geeft.
Het gewicht van niets
Hoe krachtig deze donkere materie ook is in termen van het verklaren van diepe en verwarrende problemen van het universum, het heeft enkele zwakke punten. Met name wanneer astrofysici computersimulaties van de groei van sterrenstelsels uitvoeren - waarbij ze hun vorming en evolutie in de loop van miljarden jaren volgen met behulp van alle bekende fysica die een melkweg tot een melkwegstelsel maken - ontdekken ze dat de donkere materie de neiging heeft om echt, klonteren echt tot obsceen hoge dichtheden in het centrum van die sterrenstelsels.
Dat is op zichzelf al een prima voorspelling, maar het komt niet helemaal overeen met waarnemingen. Hoewel we de donkere materie niet direct kunnen zien (onthoud: onzichtbaar), kunnen we de effecten ervan op al het andere zien, inclusief normale materie. De donkere materie speelt misschien niet het elektromagnetische spel, maar het spreekt wel met de zwaartekracht, omdat de zwaartekracht supervriendelijk is en in staat is om met elk stukje massa en energie in het hele universum te praten.
Dus als je een sterrenstelsel vult met donkere materie, en de donkere materie veel in het centrum klontert, dan zullen er veel gewicht in het centrum van de melkweg en trekt het omringende gas naar binnen. Als dat gas op de kern samendrukt, zal het krimpen en instorten, wat enorme stervormingsgebeurtenissen teweegbrengt, waardoor nesten van nieuwe sterren tevoorschijn komen.
Met andere woorden, de kernen van sterrenstelsels zouden hopen moeten hebben op moleculaire hopen gas en sterren. En hoewel galactische centra inderdaad zeer rijke plaatsen zijn, zijn ze dat niet dat rijk.
De conclusie daarvan is dat de banale voorspelling over het gedrag van donkere materie in galactische kernen niet het volledige verhaal is. Omdat we zoveel andere goede redenen hebben om te geloven dat donkere materie iets is, wordt de vraag: wat schopt het uit de kern?
Dingen opschudden
Geef tien theoretische fysica een probleem en ze komen met een dozijn oplossingen. En in het geval van de "cuspiness" van kernen van donkere materie, zijn ze erin geslaagd allerlei leuke verklaringen te geven. Misschien is donkere materie exotischer dan we dachten, in staat om lichtjes met zichzelf in wisselwerking te staan door een nieuwe vijfde natuurkracht, die zichzelf gladstrijkt in de kern. Misschien is donkere materie gewoon een tikkeltje van nature warm en energiek, en heeft het moeite om zich in het midden te bundelen.
Hoe cool die opties ook zijn, misschien is de verklaring iets alledaags. De donkere materie kan via zwaartekracht het gedrag van normale materie beïnvloeden, en omgekeerd geldt hetzelfde. Hoewel ze aanzienlijk minder omvangrijk zijn dan hun donkere tegenhangers, kan de vaste materie van ons universum trekken en trekken en al het andere verspreiden, zelfs al is het maar een klein beetje.
Onlangs bestudeerde een team van astronomen verschillende populaties van dwergstelsels, waar het verband tussen donkere en normale materie het gemakkelijkst kon worden onderzocht. Ze gebruikten deze monsters om te zoeken naar relaties tussen stervorming en centrale dichtheid. In dit scenario, als een sterrenstelsel veel recente stervorming zou ervaren, wat explosieve supernova-winden en andere temperamentvolle uitbarstingen zou veroorzaken, dan zou dat veel normale materie uit de kern verdrijven, en zou de zwaartekracht zijn ding doen en een deel van de donkere materie verwijderen samen met de normale dingen.
De studie vond een intrigerend resultaat: dwergstelsels met veel recente stervorming ("recent" binnen de afgelopen zes miljard jaar) hadden een vloeiendere centrale dichtheid, terwijl hun minder actieve broers en zussen in hun centra veel meer cuspy waren, wat gunstig was voor deze hypothese dat normale materie kan inderdaad het duister beïnvloeden. Hoewel dit het raadsel van de aard van donkere materie niet volledig oplost, is het een substantiële stap voorwaarts.
Lees meer: "Donkere materie warmt op in dwergstelsels"
