Met opluchting hebben onderzoekers een verklaring gevonden voor donkere materie-arme sterrenstelsels

Het eerste bewijs van donkere materie waren sterrenstelsels die zich gedroegen alsof ze veel meer materie bevatten dan kan worden verklaard door de massa van hun sterren. Sindsdien hebben we veel andere aanwijzingen gevonden dat het universum met materie zwemt die we alleen kunnen afleiden uit het effect van de zwaartekracht. Het oorspronkelijke bewijs dat sterrenstelsels met de structuur van donkere materie bleven bestaan.

Tot dat ongemakkelijke moment in 2018 toen we het bestaan ​​leken te ontdekken van Bijna een sterrenstelsel zonder donkere materie. Hoewel er twijfel bestond over deze eerste ontdekking, ontdekten onderzoekers uiteindelijk een tweede sterrenstelsel dat erg op elkaar leek. Dit was een probleem, omdat we geen idee hadden hoe sterrenstelsels als deze zijn ontstaan.

Nu hebben onderzoekers aangekondigd dat tijdens het uitvoeren van een model voor de vorming van sterrenstelsels, een aantal donkere materie-arme sterrenstelsels op natuurlijke wijze verschenen. En door het model terug te traceren om te zien hoe die sterrenstelsels zijn ontstaan, kunnen onderzoekers een verklaring geven voor deze mysteries.

Keer je tot de duistere kant

Sterrenstelsels en donkere materie zijn moeilijk te scheiden. Modellen van het vroege heelal suggereren dat donkere materie opging in filamenten (die… we ontdekten) die samenkomen in knopen met een hogere dichtheid van materie. Deze knooppunten trokken op hun beurt de zichtbare materie aan, waardoor er zich clusters van sterrenstelsels om hen heen vormden. Deze sterrenstelsels zullen dan veel donkere materie samenvoegen, die tot op de dag van vandaag hun groei heeft gevormd door fusies en structuurprocessen. Daarom is het moeilijk te begrijpen hoe een sterrenstelsel kan eindigen met zo weinig donkere materie.

Als gevolg hiervan waren er grote twijfels toen de ontdekking van een schijnbaar donkere materie-arm sterrenstelsel voor het eerst werd aangekondigd. Veel van deze onzekerheid draait om de afstand van de melkweg tot ons, die cruciaal is geweest voor het schatten van de massa en dus het gehalte aan donkere materie. Maar hetzelfde team identificeerde een tweede sterrenstelsel dat veel van dezelfde kenmerken lijkt te delen als het eerste probleem.

Een andere reden om achterdochtig te zijn, is dat we geen idee hadden hoe dit type sterrenstelsel is ontstaan. We hebben veel gemodelleerd naar de vorming van sterrenstelsels, inclusief modellen die begonnen voordat filamenten van donkere materie werden gevormd. Als donkere materie-arme sterrenstelsels een natuurlijk onderdeel waren van de evolutie van het universum, zouden we waarschijnlijk modellen zien produceren. Maar er was geen nieuws dat er iemand aanwezig was.

We blijven dus achter met twee excentrische schijnbare sterrenstelsels. We hebben vragen over hun werkelijke kenmerken en geen hint van hoe ze eruit zouden kunnen zien. Dit is geen pathologische aandoening.

bijgewerkt model

Maar de oplossing kan zijn gekomen van verschillende onderzoekers die iets heel anders probeerden te doen. Wat ze deden was de evolutie van sterrenstelsels modelleren met behulp van een ultramodern softwarepakket genaamd FIRE-2 (voor “Reacties in realistische omgevingen”). Hoewel ze niet zeggen waar ze naar probeerden te kijken, zeggen ze dat het geen donkere materie-arme sterrenstelsels waren: “We merken op dat we dit niet van tevoren hadden verwacht (dat wil zeggen, onze simulaties waren oorspronkelijk niet ontworpen Voor dit doeleinde).”

Ongeacht de bedoeling, produceerde het uitvoeren van het model zeven sterrenstelsels die bijna geen donkere materie bevatten. De onderzoekers noemden deze namen naar de zeven Cherokee-clans, wat dingen betekent als Blue, Deer en Wolf, maar ook dingen als Long Hair en Wild Potato. De laatste twee zinnen zijn opgezet voor enkele onverwachte zinnen in de astronomie-paper, zoals “De vogel vertoont bijvoorbeeld S-vormige staarten met een lage helderheid, terwijl Long Hair hen niet lijkt te storen.”

Hoe dan ook, het nuttige hier is dat het model informatie over tussenliggende toestanden heeft opgeslagen, wat betekent dat we op tijd simulaties kunnen uitvoeren en kunnen zien hoe deze denkbeeldige sterrenstelsels zonder donkere materie eindigden. Maar wat duidelijk wordt, is dat die sterrenstelsels niet zo zijn begonnen. Alle zeven waren, op een bepaald moment in de simulatie, als typische kleine sterrenstelsels met natuurlijke aanvullingen van donkere materie.

In plaats daarvan verloor elk klein sterrenstelsel zijn donkere materie door wat je kunt zien als een mislukte fusie met een veel groter sterrenstelsel. Vanuit het perspectief van simulaties, die afhankelijk zijn van statistieken zoals de verdeling van massa binnen een sterrenstelsel, definiëren de onderzoekers deze als ‘close encounters’. Maar vanuit het perspectief van hoe een mislukte fusie eruit zou zien als we het zouden zien terwijl het aan de gang was, zouden de meeste sterren van het kleine melkwegstelsel zich in het gebied bevinden dat wordt ingenomen door de grotere sterren van het melkwegstelsel. Kortom, het kleine sterrenstelsel zag eruit alsof het werd opgeslokt voordat het op de een of andere manier aan de andere kant verscheen.

Maar het kleine sterrenstelsel verscheen niet zoals het is. Terwijl tot de helft van zijn sterren verscheen, kwam bijna al het gas en de donkere materie in het grotere sterrenstelsel terecht.

Als de statistieken in dit model algemeen toepasbaar zijn, zouden er veel meer van dergelijke donkere materie-deficiënte sterrenstelsels kunnen zijn buiten de twee sterrenstelsels die we tot nu toe hebben gevonden. Het onderzoeksteam schat dat tot 30% van de massieve sterrenstelsels in het heelal in de buurt moet draaien. Dat klinkt als een uitnodiging om astronomen te observeren om aan de slag te gaan en meer te vinden.

Natuurastronomie, 2019. DOI: 10.1038 / s41550-021-01598-4 (Over DOI’s).