Donkere materie omvat ongeveer 85% van alle materie in het heelal. Hoewel gewone materie licht absorbeert, reflecteert en uitzendt, kan donkere materie niet direct worden waargenomen, wat de detectie ervan bemoeilijkt. Het bestaan ​​ervan wordt afgeleid uit de zwaartekrachteffecten op zichtbare materie, het materiaal dat sterren, planeten en andere objecten in de kosmos vormt.

Sterrenstelsels bestaan ​​uit deze twee soorten materiaal. De donkere materie is verdeeld in halo's, dit zijn enorme structuren rondom sterrenstelsels, terwijl de gewone materie vooral aanwezig is in de centrale gebieden waar de meeste sterren voorkomen.

Traditioneel hebben observationele studies van galactische evolutie zich geconcentreerd op de rol van gewone materie, ook al is deze maar een heel klein deel van de massa van een sterrenstelsel. Decennia lang bestaan ​​er theoretische voorspellingen over het effect dat donkere materie zou moeten hebben op de evolutie van sterrenstelsels. Ondanks talrijke inspanningen bestaat hierover echter geen duidelijke consensus.

Nu is onderzoek onder leiding van een team van het IAC erin geslaagd om, voor het eerst met behulp van observaties, het effect van donkere materie op de evolutie van sterrenstelsels te bevestigen. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy .

‘Donkere materie heeft een duidelijk effect op sterrenstelsels omdat we het kunnen meten, maar het effect op de evolutie van sterrenstelsels dat we hebben gevonden is iets dat al is voorgesteld, ook al hadden we geen techniek om het observationeel te bestuderen’, legt Laura uit. Scholz Díaz, een predoctoraal onderzoeker bij het IAC en eerste auteur van het artikel.

Om het effect van donkere materie te bestuderen heeft het team zich geconcentreerd op het verschil tussen de massa van de sterren in een sterrenstelsel en de massa die kan worden afgeleid uit de rotatie ervan, de zogenaamde totale dynamische massa.

Uit het onderzoek bleek dat de leeftijden, het metaalgehalte, de morfologie, het impulsmoment en de snelheid van vorming van de sterren niet alleen afhankelijk zijn van de massa van die sterren, maar ook van de totale massa, en dit betekent dat de donkere materiecomponent wordt meegenomen. wat overeenkomt met de schattingen van de halomassa.

‘We hebben gezien dat in sterrenstelsels met gelijke massa’s sterren hun sterpopulaties zich anders gedragen, afhankelijk van of de halo meer of minder donkere materie bevat. door de halo waarin het zich bevindt. Als het een min of meer massieve halo heeft, zal de evolutie van het sterrenstelsel in de loop van de tijd anders zijn, en dit zal worden weerspiegeld in de eigenschappen van de sterren die het bevat”, voegt Ignacio Martín toe. Navarro, een IAC-onderzoeker en co-auteur van het artikel

In de toekomst is het team van plan metingen te doen aan sterrenpopulaties op verschillende afstanden van het centrum van de Melkweg, en te laten zien of deze afhankelijkheid van de eigenschappen van de sterren, afhankelijk van de donkere materie-halo, bij alle stralen blijft bestaan. Een volgende stap in het onderzoek zal het mogelijk maken de relatie tussen halo's van donkere materie en de grootschalige structuur van het universum te bestuderen.

‘Deze halo’s van donkere materie worden niet alleen gecreëerd, ze zijn verbonden door filamenten die deel uitmaken van de grootschalige structuur, het kosmische web genoemd’, zegt Scholz. ‘De massa van de halo lijkt de eigenschappen van zijn sterrenstelsel te veranderen, maar het zou het gevolg kunnen zijn van de positie die elke halo binnen het kosmische web inneemt. De komende jaren willen we het effect van deze grootschalige structuur in de ruimte zien. context die we bestuderen", legt ze uit.

Deze studie is gebaseerd op 260 sterrenstelsels van de CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), een internationaal project waaraan de IAC actief deelneemt onder de coördinatie van Jesús Falcón Barroso, een andere co-auteur van het artikel.

"Dit onderzoek levert spectrale informatie op en geeft een ongekende ruimtelijke dekking van sterrenstelsels", zegt hij. "Deze sterrenstelsels werden waargenomen in een configuratie met hoge resolutie, om gedetailleerde metingen van hun kinematische eigenschappen te verkrijgen, waardoor we de bewegingen van de sterren zeer nauwkeurig konden bestuderen en zo de totale massa van de sterrenstelsels konden afleiden."

Meer informatie: Laura Scholz-Díaz et al, Baryonische eigenschappen van nabijgelegen sterrenstelsels in de relatie tussen stellaire en totale dynamische massa, Natuurastronomie (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02209-8

Aangeboden door Instituto de Astrofísica de Canarias