Kijk naar een sterrenstelsel, wat zie je? Waarschijnlijk veel sterren. Nevels ook. En dat is het waarschijnlijk. Een hele hoop sterren en gas in diverse kleurrijke assortimenten; een lust voor het oog. En begraven tussen die sterren, als je goed genoeg keek, misschien vind je planeten, zwarte gaten, witte dwergen, asteroïden, en allerlei geassorteerde dikke kansen en doelen. Het gebruikelijke galactische milieu.

Wat je niet zou zien, is waar het grootste deel van dat sterrenstelsel echt van gemaakt is. Je zou het onzichtbare niet zien, het verborgen. 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 kunnen nagaan, 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 structuren in het hele universum (d.w.z. we hebben hier heel hard aan gewerkt), onze kosmos is niet wat het lijkt aan de oppervlakte.

Het belangrijkste resultaat:de meeste ruwe dingen in ons universum hebben simpelweg geen interactie met licht. De gebruikelijke naam is "donkere materie, " maar een betere naam zou onzichtbare materie kunnen zijn. We weten niet precies wat het is (we werken daar nog aan), maar de donkere materie lijkt een soort microscopisch deeltje te zijn dat elk sterrenstelsel overspoelt, doordrenken ze met extra massa. Omdat deze donkere materie geen interactie heeft met licht, het voelt niets te maken met de elektromagnetische kracht, wat betekent dat het gewoon door normale materie gaat zonder iets op te merken of er iets om te geven.

Het gewicht van niets

Hoe krachtig deze donkere materie ook is in termen van het verklaren van diepe en verbijsterende problemen van het universum, het heeft enkele zwakke punten. Met name, wanneer astrofysici computersimulaties uitvoeren van de groei van sterrenstelsels - hun vorming en evolutie in de loop van miljarden jaren volgen met behulp van alle bekende fysica die nodig is om van een sterrenstelsel een sterrenstelsel te maken - ontdekken ze dat de donkere materie de neiging heeft om echt, echt samenklonteren tot obsceen hoge dichtheden in het centrum van die sterrenstelsels.

Dat is op zich al een prima voorspelling, maar het komt niet helemaal overeen met de 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 praat wel met de zwaartekracht, omdat zwaartekracht supervriendelijk is en in staat is om met elk greintje massa en energie in het hele universum te praten.

Dus als je een melkwegstelsel vult met donkere materie, en de donkere materie heeft de neiging veel samen te klonteren in het centrum, dan zal er veel gewicht zijn in het centrum van de melkweg, het omringende gas aanzuigen. Terwijl dat gas samendrukt op de kern, het zal krimpen en instorten, massale stervormingsgebeurtenissen teweegbrengen, nesten van nieuwe sterren tevoorschijn halen.

Met andere woorden, de kernen van sterrenstelsels zouden stapels op moleculaire hopen gas en sterren moeten hebben. En hoewel galactische centra inderdaad zeer rijke plaatsen zijn, ze zijn niet zo 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 aan te nemen dat donkere materie iets is, de vraag wordt:wat schopt het uit de kern?

Dingen opschudden

Geef tien theoretische natuurkunde een probleem en ze komen met een tiental oplossingen. En in het geval van de "cuspiness" van donkere materiekernen, ze zijn erin geslaagd om allerlei leuke verklaringen tevoorschijn te halen. Misschien is donkere materie exotischer dan we dachten, in staat om enigszins met zichzelf te communiceren door een nieuwe vijfde natuurkracht, zichzelf gladstrijken in de kern. Misschien is donkere materie van nature een beetje warm en energiek, en heeft het moeilijk om zich in het midden te bundelen.

Hoe cool die opties ook zijn, misschien is de verklaring iets meer alledaags. De donkere materie kan via zwaartekracht het gedrag van normale materie beïnvloeden, en omgekeerd geldt hetzelfde. Hoewel aanzienlijk minder omvangrijk dan hun donkere tegenhangers, de reguliere materie van ons universum kan trekken en trekken en al het andere verspreiden, al is het maar een heel klein beetje.

Onlangs heeft een team van astronomen verschillende populaties van dwergstelsels bestudeerd, waar het verband tussen donkere en normale materie het gemakkelijkst kon worden onderzocht. Ze gebruikten deze monsters om te jagen op eventuele relaties tussen stervorming en centrale dichtheid. In dit scenario, als een sterrenstelsel veel recente stervorming heeft meegemaakt, het veroorzaken van explosieve supernovawinden en andere temperamentvolle uitbarstingen, dan zou dat veel normale materie uit de kern verdrijven, en de zwaartekracht zou zijn ding doen en een deel van de donkere materie samen met de normale dingen trekken.

De studie vond een intrigerend resultaat:dwergstelsels met veel recente stervorming ("recent" in de afgelopen zes miljard jaar) hadden een soepelere centrale dichtheid, terwijl hun minder actieve broers en zussen veel meer cuspy waren in hun centra, voorstander van deze hypothese dat normale materie inderdaad het donker kan beïnvloeden. Hoewel dit het raadsel van de aard van donkere materie niet volledig oplost, het is een substantiële stap voorwaarts.