24 oktober 2020

SIDM-scenario betere kandidaat voor het vormen van donkere materie-arme sterrenstelsels dan CDM

Een onderzoeksteam bestaande uit astronomen van de Universiteit van Californië, Riverside en de Chinese Tsinghua Universiteit in Peking stellen dat ze een verklaring hebben gevonden voor het nagenoeg ontbreken van DM bij twee ultradiffuse sterrenstelsels, NGC 1052-DF2 en 1052-DF4. Het team heeft vastgesteld aan de hand van computersimulaties dat deze twee sterrenstelsels mogelijk hun massa verliezen door getijdeninteracties met hun gaststelsel NGC 1052. Deze beide sterrenstelsels NGC 1051-DF2 en -DF4 bevinden zich op een afstand van 65 miljoen lichtjaar van de aarde en zijn twee ultra-diffuse (met extreem lage helderheid) sterrenstelsels. Beiden behoren tot de categorie van satellietstelsels en draaien in een baan om een massief en helderder stelsel – NGC 1052. Recente waarnemingen van deze twee satellietstelsels tonen aan dat ze zeer weinig tot geen donkere materie bevatten.

NGC 1052 credits; Digital Sky Atlas / sloan Digital Sky Survey

Donkere materie zendt geen licht uit, noch absorbeert of weerkaatst het licht, en het is nimmer direct waargenomen maar zou wel zo’n 85% van alle materie in het heelal vormen. DM is als ‘lijm’ die sterren en gas in sterrenstelsels bij elkaar houdt. Het bestaan van DM kan alleen worden afgeleid uit de zwaartekrachtsaantrekking die zij op zichtbare materie in de ruimte uitoefent. Clusters, de meest massarijke structuren in het heelal, zijn de grootste opslagplaatsen van DM, de sterrenstelsels hierin worden door DM bijeen gehouden. Nu stelt dit Chinees/Amerikaanse onderzoeksteam dat ze het ontbreken van DM bij de stelsels in kwestie hebben verklaard. De onderzoekers keken naar twee theorieën die de verdelingen van donkere materie in de binnenste regionen van sterrenstelsels voorspellen en die verklaren hoe de algehele structuur van het universum ontstaat. De eerste – CDM (koude donkere materie) – voorspelt dat donkere materiedeeltjes een zwakke wisselwerking hebben met gewone materie en dat ze, afgezien van de zwaartekracht, botsingsloos zijn. De tweede theorie – SIDM (self-interacting dark matter) is in tegenspraak met CDM en gaat ervan uit dat donkere materiedeeltjes sterke interacties hebben door een nieuwe ‘onbekende’ kracht en met elkaar in botsing komen in de binnenste halo van een melkwegstelsel.

In hun wetenschappelijk artikel over dit DM-onderzoek dat gepubliceerd is op 9 september j.l. in het tijdschrift Physical Review Letters*, stelt het team dat de twee sterrenstelsels mogelijk hun massa verliezen door getijdeninteracties met hun gaststelsel NGC 1052. De wetenschappers voerden simulaties uit die de eigenschappen van beide sterrenstelsels reproduceerden door middel van getijdenstripping – het strippen van materiaal door NGC 1052. De satellietstelsels kunnen de massa die is weggestript met hun eigen zwaartekracht niet vasthouden, en de massa wordt toegevoegd aan NGC 1052. Tijdens het uitvoeren van de simulaties, overwogen de onderzoekers zowel de CDM- als SIDM-scenario’s.

Volgens de onderzoeksresultaten beschrijft de SIDM-theorie voor sterrenstelsels zonder donkere materie, zoals de twee in kwestie, een gunstiger scenario dan het CDM. “Getijdenmassaverlies kan voorkomen in zowel de CDM als de SIDM halo’s”, stelt Dr Hai-Bo Yu, astronoom aan Riverside, ” en vervolgt; “In CDM, is de structuur van de binnenste halo ‘stijf’ en avers voor getijdenstripping, wat het lastig maakt voor een typische CDM halo om voldoende binnenste massa te verliezen naar het getijdenveld om observaties te accomoderen als in DF2 and DF4. Daarentegen, in SIDM, zouden DM zelf-interacties de DM van de binnenste naar de buitenste regionen kunnen drijven, wat de binnenste halo ‘fluffier’ of ‘luchtiger’ maakt en dit leidt dienovereenkomstig tot een vermeerdering van het getijdenmassaverlies. Een typische CDM-halo blijft te massief in de binnenste regionen, zelfs na getijdenevolutie, ” aldus Yu. De onderzoeksresultaten geven aldus aan dat een SIDM-scenario sterker geneigd is om donkere-materie-deficiënte sterrenstelsels te vormen.

Het onderzoekspaper is door het tijdschrift uitgekozen als een ‘Editor’s suggestion’, een eer die slechts een beperkt aantal papers elke week ontvangt om het lezen in verschillende onderzoeksvelden te bevorderen. Het team zal in de toekomst een meer uitgebreide studie van het NGC 1052-systeem uitvoeren en nieuwe ontdekte sterrenstelsels met nieuwe eigenschappen onderzoeken in een poging de aard van donkere materie beter te gaan begrijpen. Dr. Yu’s onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Amerikaanse ministerie van Energie (DoE) en de Amerikaanse National Science Foundation (NSF). Bronnen; ScienceAlert/Phys.org

*https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.111105

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.