Σκοτεινή ύλη σε κίνηση που θέτει νέους περιορισμούς και ωθεί προς την καλύτερη κατανόησή της

Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει στοιχεία ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να θερμανθεί και να κινηθεί ως αποτέλεσμα της διαμόρφωσης άστρων σε γαλαξίες. Τα ευρήματα παρέχουν το πρώτο παρατηρησιακό στοιχείο για το φαινόμενο που είναι γνωστό ως «θέρμανση σκοτεινής ύλης» και παρέχει νέα στοιχεία ως προς το τι αποτελεί τη σκοτεινή ύλη. Η έρευνα δημοσιεύθηκε 3 Ιανουαρίου 2019 στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Στη νέα εργασία, επιστήμονες από τρία πανεπιστήμια [University of Surrey, Carnegie Mellon University and ETH Zürich] σχεδίασαν να ψάξουν στοιχεία για σκοτεινή ύλη στα κέντρα των κοντινών νάνων γαλαξιών. Οι νάνοι γαλαξίες είναι μικροί, αδύνατοι γαλαξίες που τυπικά βρίσκονται να περιφέρονται γύρω από μεγαλύτερους γαλαξίες, όπως ο δικός μας. Μπορεί να περιέχουν στοιχεία τα οποία θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν για να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση της σκοτεινής ύλης. Η σκοτεινή ύλη θεωρείται ότι αποτελεί τη περισσότερη από την μάζα του σύμπαντος. Ωστόσο καθώς δεν αλληλεπιδρά με το φως με τον ίδιο τρόπο όπως η κανονική ύλη, μπορεί να παρατηρείται μόνο μέσω των βαρυτικών της φαινομένων. Το κλειδί για τη μελέτη μπορεί ωστόσο να βρίσκεται στο πώς διαμορφώνονται τα άστρα σε αυτούς τους γαλαξίες.

Όταν σχηματίζονται άστρα, ισχυροί άνεμοι μπορούν να σπρώχνουν αέριο και σκόνη μακριά από την καρδιά του γαλαξία. Ως αποτέλεσμα, το κέντρο του γαλαξία έχει λιγότερη μάζα, η οποία επηρεάζει πόσο η βαρύτητα γίνεται αισθητή από την σκοτεινή ύλη που απομένει. Με λιγότερη βαρυτική έλξη, η σκοτεινή ύλη κερδίζει ενέργεια και μετακινείται μακριά από το κέντρο, φαινόμενο που αποκαλείται «θέρμανση σκοτεινής ύλης».

Η ομάδα των αστροφυσικών μέτρησε το ποσό της σκοτεινής ύλης στα κέντρα 16 νάνων γαλαξιών με πολύ διαφορετικές ιστορίες σχηματισμού άστρων. Βρήκαν ότι γαλαξίες που σταμάτησαν να διαμορφώνουν άστρα από πολύ πριν, είχαν υψηλότερες πυκνότητες σκοτεινής ύλης στα κέντρα τους από ότι αυτοί που σχηματίζουν ακόμη άστρα σήμερα. Αυτό υποστηρίζει τη θεωρία ότι οι παλιότεροι γαλαξίες είχαν λιγότερη θέρμανση σκοτεινής ύλης. «Βρήκαμε μια αληθινά αξιοσημείωτη σχέση μεταξύ του ποσού της σκοτεινής ύλης στα κέντρα αυτών των μικροσκοπικών νάνων και της ποσότητας του σχηματισμού άστρων που έχουν υπάρξει στη ζωή τους. Η σκοτεινή ύλη στα κέντρα των νάνων που σχηματίζουν άστρα εμφανίζεται να έχει “θερμανθεί” και σπρωχθεί προς τα έξω», αναφέρει ο καθηγητής Justin Read, επικεφαλής της μελέτης [Head of the Department of Physics at the University of Surrey].

Τα ευρήματα παρέχουν ένα νέο περιορισμό στα μοντέλα σκοτεινής ύλης: Η σκοτεινή ύλη θα πρέπει να μπορεί να σχηματίζει νάνους γαλαξίες που παρουσιάζουν ένα εύρος κεντρικών πυκνοτήτων και αυτές οι πυκνότητες πρέπει να σχετίζονται με την ποσότητα σχηματισμού άστρων.

Στην αριστερή εικόνα φαίνεται η πυκνότητα αερίου υδρογόνου της προσομοίωσης νάνου γαλαξία, όπως φαίνεται από πάνω. Η δεξιά εικόνα δείχνει το ίδιο για ένα πραγματικό νάνο γαλαξία, του IC 1613 (μικρή εικόνα κειμένου). Στην προσομοίωση, η επαναλαμβανόμενη εισροή και εκροή αερίου προκαλεί τη διακύμανση της ισχύος του βαρυτικού πεδίου στο κέντρο του νάνου γαλαξία. Η σκοτεινή ύλη ανταποκρίνεται σε αυτό με τη μετανάστευση από το κέντρο του γαλαξία, φαινόμενο γνωστό ως «θέρμανση σκοτεινής ύλης».

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η μελέτη μπορεί να είναι το στοιχείο μαρτυρία που μας πάει ένα βήμα πλησιέστερα στην κατανόηση τι είναι η σκοτεινή ύλη. Το εύρημα ότι μπορεί να θερμανθεί και να κινηθεί βοηθάει να παρακινηθούν έρευνες για ένα σωμάτιο σκοτεινής ύλης. Η ομάδα ελπίζει να διευρύνει την εργασία της αυτή με τη μέτρηση της κεντρικής πυκνότητας σκοτεινής ύλης σε ένα μεγαλύτερο δείγμα νάνων, που σπρώχνει ακόμη πιο αδύνατους γαλαξίες και με τον έλεγχο ενός μεγαλύτερου εύρους μοντέλων σκοτεινής ύλης.

Πηγή: University of Surrey

Περισσότερα στη δημοσίευση: Dark matter heats up in dwarf galaxies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.