credit: Kevin Gill/flickr (CC BY-SA 2.0)
Naar schatting 85% van alle materie in het heelal bestaat uit de onzichtbare en mysterieuze donkere materie, de overige 15% bestaat uit ‘normale’ materie, het spul waar sterren, planeten , gas- en stofwolken, neutronensterren, zwarte gaten, jij en ik uit bestaan. We weten via indirecte aanwijzingen dát donkere materie bestaat (tenzij de wetten van Newton en Einstein niet kloppen), maar we weten nog steeds niet wàt het is. Donkere materie reageert voor zo ver nu bekend alleen via de zwaartekracht met gewone materie en dat betekent dat objecten met extreme zwaartekracht, zoals witte dwergen, neutronensterren en zwarte gaten grote kans hebben om in interactie te zijn met donkere materie. En da’s precies wat Nicole Bell (University of Melbourne) en naar team hebben gedaan: kijk hoe de mogelijke interactie tussen donkere materie en neutronensterren er uit ziet en kijk wat we daar van kunnen detecteren.
Neutronensterren bestaan uit zéér compacte materie – zeg een massa van de zon gepropt in een bol van 20 km doorsnede – en ze hebben niet zoals een zwart gat een waarnemingshorizon, dus informatie over wat er in of vlakbij de neutronenster gebeurt kan ons gewoon bereiken. Bell en haar collega’s hebben gekeken of en hoeveel donkere materie een neutronenster door z’n zwaartekracht kan invangen en of dat van invloed is op de temperatuur van een neutronenster. In theorie moet je specifiek weten met welk soort donkere materiedeeltje je te maken hebt, maar de onderzoekers hebben het heel breed genomen en allerlei varianten bekeken. Wat ze vervolgens deden was kijken hoe de ’thermalisatie’ van donkere materie er uit kan zien, d.w.z. als donkere materie wordt ingevangen dan komt er hitte-energie vrij door de interacties tussen de gewone materie (vooral neutronen) en de donkere materie en door de annihilatie van donkere materie. Op een gegeven moment zullen de neutronenster en de donkere materie een thermisch evenwicht bereiken en hoe snel dat gebeurt hangt weer af van hoe sterk de deeltjes met elkaar reageren, van hun ‘scattering cross section’ zoals dat zo mooi heet. Uitkomst van het onderzoek is dat het thermisch evenwicht al snel kan worden bereikt: binnen 10.000 jaar voor modellen DM-deeltjes die met scalars werken en binnen 1 jaar (!) voor modellen die met vector DM-deeltjes werken. Als men neutronensterren ziet die warmer zijn dan voorspelt dan zóu dat kunnen wijzen op de aanwezigheid van een bepaalde soort donkere materie in deze objecten.
Meer hierover kan je lezen in Bell, Nicole F., et al. “Thermalization and annihilation of dark matter in neutron stars.” Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2024.04 (2024): 006.
Bron: Koberlein.
Speak Your Mind