Een nieuwe theorie over de aard van donkere materie helpt verklaren waarom een ​​paar sterrenstelsels op ongeveer 65 miljoen lichtjaar van de aarde heel weinig van de mysterieuze materie bevat. volgens een onderzoek onder leiding van een natuurkundige aan de Universiteit van Californië, Rivieroever.

Donkere materie is niet lichtgevend en kan niet direct worden gezien. Dacht dat het 85% van de materie in het universum uitmaakt, de aard ervan wordt niet goed begrepen. In tegenstelling tot normale materie, het absorbeert niet, reflecteren, of licht uitstralen, waardoor het moeilijk te detecteren is.

De heersende donkere materie theorie, bekend als koude donkere materie, of CDM, gaat ervan uit dat donkere materiedeeltjes botsingsloos zijn, afgezien van de zwaartekracht. Een nieuwere tweede theorie, zelf-interagerende donkere materie genoemd, of SIDM, stelt voor dat donkere materiedeeltjes met zichzelf interageren door middel van een nieuwe donkere kracht. Beide theorieën verklaren hoe de algemene structuur van het universum ontstaat, maar ze voorspellen verschillende verdelingen van donkere materie in de binnenste regionen van een melkwegstelsel. SIDM suggereert dat donkere materiedeeltjes sterk met elkaar botsen in de binnenste halo van een melkwegstelsel, dicht bij het centrum.

Typisch, een zichtbaar sterrenstelsel wordt gehost door een onzichtbare halo van donkere materie - een geconcentreerde klomp materiaal, in de vorm van een bal, die de melkweg omringt en bij elkaar wordt gehouden door zwaartekrachten. Recente waarnemingen van twee ultradiffuse sterrenstelsels, NGC 1052-DF2 en NGC 1052-DF4, laten zien, echter, dat dit paar sterrenstelsels heel weinig bevat, indien van toepassing, donkere materie, een uitdaging voor natuurkundigen om de vorming van sterrenstelsels te begrijpen. Astrofysische waarnemingen suggereren dat NGC 1052-DF2 en NGC 1052-DF4 waarschijnlijk satellietstelsels van NGC1052 zijn.

"Algemeen wordt gedacht dat donkere materie de totale massa in een sterrenstelsel domineert, " zei Hai-Bo Yu, een universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde aan de UCR, die de studie leidde. "Waarnemingen van NGC 1052-DF2 en -DF4 laten zien, echter, dat de verhouding van hun donkere materie tot hun stellaire massa ongeveer 1 is wat 300 keer lager is dan verwacht. Om de discrepantie op te lossen, we waren van mening dat de DF2- en DF4-halo's mogelijk het grootste deel van hun massa verliezen door getijdeninteracties met het massieve NGC 1052-sterrenstelsel."

Met behulp van geavanceerde simulaties, het door UCR geleide team reproduceerde de eigenschappen van NGC 1052-DF2 en NGC 1052-DF4 door middel van getijdenstripping - het weghalen van materiaal door galactische getijdenkrachten - door NGC1052. Omdat de satellietstelsels de gestripte massa niet met hun eigen zwaartekracht kunnen vasthouden, het wordt effectief toegevoegd aan de massa van NGC 1052.

De onderzoekers beschouwden zowel CDM- als SIDM-scenario's. hun resultaten, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , geven aan dat SIDM veel gunstiger is dan CDM, donkere-materie-deficiënte sterrenstelsels zoals NGC 1052-DF2 en -DF4, omdat het verlies aan getijdenmassa van de binnenste halo significanter is en de sterrendistributie meer diffuus is in SIDM.

Het onderzoeksartikel is door het tijdschrift geselecteerd als een "suggestie van de redactie", een eer die slechts een select aantal kranten elke week ontvangt om lezen in alle velden te promoten.

Yu legde uit dat verlies van getijdenmassa kan optreden in zowel CDM- als SIDM-halo's. bij CDM, de binnenste halo-structuur is "stijf" en bestand tegen getijdestripping, wat het voor een typische CDM-halo moeilijk maakt om voldoende inwendige massa in het getijdenveld te verliezen om waarnemingen van NGC 1052-DF2 en -DF4 mogelijk te maken. In tegenstelling tot, in SIDM, zelfinteracties van donkere materie kunnen donkere materiedeeltjes van binnen naar buiten duwen, waardoor de binnenste halo "pluiziger" wordt en het verlies van getijdenmassa dienovereenkomstig wordt vergroot. Verder, de sterrendistributie wordt meer diffuus.

"Een typische CDM-halo blijft te massief in de binnenste regio's, zelfs na getijdenevolutie, ' zei Yu.

Volgende, het team zal een uitgebreidere studie van het NGC 1052-systeem uitvoeren en nieuw ontdekte sterrenstelsels met nieuwe eigenschappen onderzoeken in een poging de aard van donkere materie beter te begrijpen.

De titel van het onderzoekspaper is "Self-Interacting Dark Matter and the Origin of Ultradiffuse Galaxies NGC1052-DF2 and -DF4."