science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Elliptische sterrenstelsels werpen nieuw licht op donkere materie

Krediet:CC0 Publiek Domein

In de jaren dertig, werd voor het eerst opgemerkt dat de dynamiek van astrofysische objecten (sterrenstelsels, clusters van sterrenstelsels en het universum zelf) vereisten een onzichtbare en onbekende vorm van massa, nu bekend als donkere materie. Sterke massaverschillen in spiraalstelsels, gemeten in de jaren zeventig, gaven nieuw gewicht aan het concept van donkere materie en motiveerden natuurkundigen om een ​​aantal kandidaten voor donkere materiedeeltjes voor te stellen.

In de 50 jaar daarna, intensieve wereldwijde campagnes om te detecteren, direct of indirect, donkere materiedeeltjes zijn niet succesvol geweest. Aangezien het probleem van de donkere materie momenteel "verloren is in het donker, "Er zijn andere stromingen ontstaan ​​die suggereren dat in plaats van te zoeken naar ontbrekende "fantoom" materie, we zouden in plaats daarvan ons begrip van dynamiek of zwaartekracht moeten aanpassen. Dit zijn de zogenaamde gemodificeerde Newtoniaanse dynamica (MOND) of gemodificeerde zwaartekracht (MOG) benaderingen.

Kepler's empirische wetten over hoe planeten om de zon draaien, ongeveer 400 jaar geleden ontdekt, leidde kort daarna tot de ontwikkeling van Newtons theorie van dynamiek en zwaartekracht. Met deze historische les in gedachten, sommige astronomen hebben gevraagd of Kepler-achtige wetten van de stellaire bewegingen in sterrenstelsels een cruciale aanwijzing kunnen bevatten voor het oplossen van het raadsel van de donkere materie. Eerder werk heeft sterren in spiraalstelsels bestudeerd, waar de zwaartekrachtversnelling typisch 100 miljard tot 1 biljoen keer kleiner is dan op aarde.

Astrofysici Kyu-Hyun Chae van Sejong University, Zuid-Korea, en Mariangela Bernardi en Ravi K. Sheth van de Universiteit van Pennsylvania, VS, toonde aan dat verschillende donkere materie, MOND- of MOG-scenario's, daadwerkelijk divergerende voorspellingen doen bij 10 tot 100 keer hogere versnellingen, en wees erop dat massieve elliptische sterrenstelsels uitstekende laboratoria waren voor deze test.

De samenwerking tussen Korea en de VS selecteerde zorgvuldig bijna bolvormige sterrenstelsels uit de Sloan Digital Sky Survey en de ATLAS3D-enquête en toonde aan dat ze inderdaad een versnellingsrelatie (een mogelijk Kepler-achtige wet) konden afleiden tussen baryonen (normale materie) en donkere of fantoom materie. Hoewel het MOND-raamwerk zelf dat M. Milgrom meer dan 30 jaar geleden suggereerde, niet wordt uitgesloten door hun nieuwe versnellingsrelatie, een aantal meer recente theorieën zijn. Dus, hun relatie beperkt de ruimte van mogelijke wijzigingen van dynamiek of zwaartekracht aanzienlijk en verlicht de richtingen voor toekomstig onderzoek die waarschijnlijker nieuw licht zullen werpen op donkere materie en hoe deze gerelateerd is aan baryonen.