Een onderzoek onder leiding van natuurkundigen van UC Riverside en UC Irvine heeft uitgewezen dat halo's van donkere materie van ultradiffuse sterrenstelsels heel vreemd zijn, wat vragen oproept over het begrip van natuurkundigen over de vorming van sterrenstelsels en de structuur van het universum.

Ultradiffuse sterrenstelsels worden zo genoemd vanwege hun extreem lage helderheid. De verdeling van baryonen - gas en sterren - is veel meer verspreid in ultradiffuse sterrenstelsels in vergelijking met "normale" sterrenstelsels met vergelijkbare massa's.

In de volgende vraag en antwoord deelt Hai-Bo Yu, universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie bij UCR, zijn mening over de bevindingen die hij en UCI's Manoj Kaplinghat, zijn langdurige medewerker, hebben gepubliceerd inThe Astrophysical Journal over nieuw ontdekte ultradiffuse sterrenstelsels en hun halo's van donkere materie.

Yu en Kaplinghat werden in het onderzoek vergezeld door Demao Kong van Tufts University, en Filippo Fraternali en Pavel E. Mancera Piña van de Rijksuniversiteit Groningen in Nederland. Eerste auteur Kong treedt dit najaar toe tot UCR.

V. Wat is een halo van donkere materie?

Een halo van donkere materie is de halo van onzichtbare materie die een sterrenstelsel of een cluster van sterrenstelsels doordringt en omringt. Hoewel donkere materie nooit in laboratoria is gedetecteerd, zijn natuurkundigen ervan overtuigd dat donkere materie, die 85% van de materie van het universum uitmaakt, bestaat.

V. Je hebt ontdekt dat halo's van donkere materie van de ultradiffuse sterrenstelsels heel vreemd zijn. Wat is er vreemd aan en waar vergelijk je ze mee?

De ultradiffuse sterrenstelsels die we hebben bestudeerd, zijn veel minder massief in vergelijking met bijvoorbeeld de Melkweg. Ze bevatten echter veel gas en ze hebben een veel hogere gasmassa dan de totale stellaire massa, wat het tegenovergestelde is van wat we in de Melkweg zien. De ultradiffuse sterrenstelsels hebben ook grote afmetingen.

De verdeling van donkere materie in deze sterrenstelsels kan worden afgeleid uit de beweging van gasdeeltjes. Wat ons echt verbaast, is dat de aanwezigheid van baryonische materie zelf, voornamelijk in de vorm van gas, bijna voldoende is om de gemeten snelheid van gasdeeltjes te verklaren en weinig ruimte laat voor donkere materie in de binnengebieden, waar de meeste sterren en gas bevinden zich.

Dit is zeer verrassend, want in het geval van normale sterrenstelsels, waarvan de massa vergelijkbaar is met die van de ultradiffuse sterrenstelsels, is het tegenovergestelde het geval:donkere materie domineert over baryonische materie. Om dit resultaat te accommoderen, concluderen we dat deze halo's van donkere materie veel lagere "concentraties" moeten hebben. Dat wil zeggen, ze bevatten veel minder massa in hun binnenste regio's, vergeleken met die van normale sterrenstelsels. In die zin zijn halo's van donkere materie van de ultradiffuse sterrenstelsels "vreemd".

Op het eerste gezicht zou je verwachten dat zulke halo's met een lage concentratie zo zeldzaam zijn dat de ultradiffuse sterrenstelsels niet eens zouden bestaan. Na het bekijken van de gegevens van geavanceerde numerieke simulaties van kosmische structuurvorming, ontdekten we echter dat de populatie van halo's met een lage concentratie hoger is dan de verwachting.

V. Wat kwam er kijken bij het doen van het onderzoek?

Dit is een gezamenlijk werk. Filippo Fraternali en zijn leerling Pavel E. Mancera Piña zijn experts op het gebied van gasdynamica van sterrenstelsels. Ze ontdekten dat de ultradiffuse sterrenstelsels langzamer roteren dan normale sterrenstelsels met vergelijkbare massa's. We werkten samen om meetgegevens van de gasbeweging van deze sterrenstelsels te interpreteren en hun verdeling van donkere materie af te leiden. Verder analyseerden we gegevens van simulaties van de vorming van kosmische structuren en identificeerden we halo's van donkere materie die vergelijkbare eigenschappen hebben als de ultradiffuse sterrenstelsels.

V. Uw bevindingen roepen vragen op over ons begrip van de vorming van sterrenstelsels/structuurvorming van het universum. Hoe?

We hebben veel vragen over de vorming en evolutie van deze nieuw ontdekte sterrenstelsels. De ultradiffuse sterrenstelsels bevatten bijvoorbeeld veel gas en we weten niet hoe dit gas wordt vastgehouden tijdens de vorming van sterrenstelsels. Verder geven onze resultaten aan dat deze sterrenstelsels mogelijk jonger zijn dan normale sterrenstelsels. De vorming van de ultradiffuse sterrenstelsels is niet goed begrepen en er is meer werk nodig.

V. Wat maakt ultradiffuse sterrenstelsels zo interessant?

Dit zijn geweldige objecten om te bestuderen vanwege hun verrassende eigenschappen, zoals besproken in ons werk. De nieuw ontdekte ultradiffuse sterrenstelsels bieden een nieuw venster voor het verder testen van ons begrip van de vorming van sterrenstelsels, waarschijnlijk zelfs de aard van donkere materie. + Verder verkennen

Hubble ziet een galactische eigenaardigheid