Een team onder leiding van astronomen van de Universiteit van Californië, rivieroever, heeft ontdekt dat sommige dwergstelsels tegenwoordig misschien vrij van donkere materie lijken te zijn, hoewel ze in het verleden werden gevormd als sterrenstelsels die werden gedomineerd door donkere materie.

Sterrenstelsels die weinig tot geen donkere materie lijken te bevatten - niet-lichtgevend materiaal waarvan wordt aangenomen dat het 85% van de materie in het universum uitmaakt - bemoeilijken het begrip van astronomen van het gehalte aan donkere materie in het universum. Zulke sterrenstelsels, die onlangs zijn gevonden in waarnemingen, daag een kosmologisch model uit dat door astronomen wordt gebruikt, genaamd Lambda Cold Dark Matter, of LCDM, waar alle sterrenstelsels zijn omgeven door een massieve en uitgebreide halo van donkere materie.

Sterrenstelsels zonder donkere materie worden niet goed begrepen in de astronomische gemeenschap. Een manier om de mogelijke vormingsmechanismen voor deze ongrijpbare sterrenstelsels te bestuderen - de ultradiffuse DF2- en DF4-sterrenstelsels zijn voorbeelden - is om vergelijkbare objecten te vinden in numerieke simulaties en hun tijdsevolutie en de omstandigheden die leiden tot hun verlies van donkere materie te bestuderen.

Jessica Doppel, een afgestudeerde student in de UC Riverside Department of Physics and Astronomy en de eerste auteur van onderzoekspaper gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , legde uit dat in een LCDM-universum alle sterrenstelsels gedomineerd zouden moeten worden door donkere materie.

"Dat is de uitdaging, " zei ze. "Het vinden van analogen in simulaties van wat waarnemers zien is significant en niet gegarandeerd. Door de oorsprong van dit soort objecten en hun vaak afwijkende bolvormige clusterpopulaties vast te stellen, kunnen we ons theoretische raamwerk van donkere materie en de vorming van sterrenstelsels verder verstevigen en bevestigen dat er geen alternatieve vormen van donkere materie nodig zijn. We ontdekten dat koude donkere materie het goed doet."

Voor de studie, de onderzoekers gebruikten kosmologische en hydrodynamische simulatie genaamd Illustris, dat een model voor de vorming van sterrenstelsels biedt dat de evolutie van sterren omvat, supernova-feedback, zwart gat groei, en fusies. De onderzoekers vonden een paar "dwergstelsels" in clusters met een vergelijkbare stellaire inhoud, bolvormige clusternummers, en donkere materie massa als DF2 en DF4. Zoals de naam al doet vermoeden, een dwergstelsel is klein, bestaande uit tot enkele miljarden sterren. In tegenstelling tot, De melkweg, waar meer dan 20 bekende dwergstelsels omheen draaien, heeft 200 tot 400 miljard sterren. Bolvormige sterrenhopen worden vaak gebruikt om het gehalte aan donkere materie van sterrenstelsels te schatten, vooral dwergen.

De onderzoekers gebruikten de Illustris-simulatie om de oorsprong van oneven dwergstelsels zoals DF2 en DF4 te onderzoeken. Ze vonden gesimuleerde analogen van donkere-materie-vrije dwergen in de vorm van objecten die lange tijd in de clusters van sterrenstelsels waren geëvolueerd en meer dan 90% van hun donkere materie verloren via getijstripping - het weghalen van materiaal door galactische getijdenkrachten .

"Interessant, hetzelfde mechanisme van getijstrippen kan andere eigenschappen van dwergen zoals DF2 en DF4 verklaren, bijvoorbeeld, het feit dat het 'ultradiffuse' sterrenstelsels zijn, " zei co-auteur Laura Sales, een universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie bij UCR en Doppel's afgestudeerde adviseur. "Onze simulaties suggereren een gecombineerde oplossing voor zowel de structuur van deze dwergen als hun lage gehalte aan donkere materie. extreem getijdeverlies in anders normale dwergstelsels is hoe ultradiffuse objecten worden gevormd."

In samenwerking met onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Duitsland, De groep van Sales werkt momenteel met verbeterde simulaties met meer gedetailleerde fysica en een numerieke resolutie die ongeveer 16 keer beter is dan de Illustris-simulatie.

"Met deze gegevens we zullen onze studie kunnen uitbreiden tot zelfs dwergen met een lagere massa, die overvloediger zijn in het universum en waarvan verwacht wordt dat ze meer donkere materie zullen domineren in hun centra, waardoor ze moeilijker uit te leggen zijn, "Zei Doppel. "We zullen onderzoeken of getijdestripping een pad zou kunnen bieden om dwergen uit te putten van hun innerlijke donkere materie-inhoud. We zijn van plan voorspellingen te doen over de stellaire, bolvormige sterrenhoop, en het gehalte aan donkere materie, die we dan zullen vergelijken met toekomstige waarnemingen."