På jagt efter mørkt stof i de mindste galakser i universet

Astrofysikere fra University of Surrey og University of Edinburgh har skabt en ny metode til at måle mængden af ​​mørkt stof i midten af ​​små "dværg"-galakser.

Mørkt stof udgør det meste af universets masse, alligevel forbliver det undvigende. Afhængig af dets egenskaber, det kan være tæt koncentreret i centrum af galakser, eller mere jævnt fordelt over større skalaer. Ved at sammenligne fordelingen af ​​mørkt stof i galakser med detaljerede modeller, forskere kan teste eller udelukke forskellige mørkt stof-kandidater.

De strammeste begrænsninger for mørkt stof kommer fra de allermindste galakser i universet, "dværggalakser". Den mindste af disse indeholder blot nogle få tusinde eller titusindvis af stjerner - såkaldte "ultrasvage" dværge. Sådanne små galakser, fundet i kredsløb tæt på Mælkevejen, består næsten udelukkende af mørkt stof. Hvis fordelingen af ​​mørkt stof i disse små galakser kunne kortlægges, kunne det give ny og spændende information om dens natur. Imidlertid, er fuldstændig blottet for gas og indeholder meget få stjerner, indtil for nylig var der ingen brugbar metode til at foretage denne måling.

I en undersøgelse offentliggjort af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society ( MNRAS ), et team af forskere fra University of Surrey har udviklet en ny metode til at beregne den indre tæthed af mørkt stof i dværggalakser, selvom de ikke har nogen gas og meget få stjerner. Nøglen til metoden er at gøre brug af en eller flere tætte stjernehobe, der kredser tæt på dværgens centrum.

Stjernehobe er gravitationsbundne samlinger af stjerner, der kredser inde i galakser. I modsætning til galakser, stjernehobe er så tætte, at deres stjerner tyngdemæssigt spredes fra hinanden, hvilket får dem til langsomt at udvide sig. Forskerholdet kom med den vigtigste nye indsigt, da de indså, at hastigheden af ​​denne udvidelse afhænger af det gravitationsfelt, som stjernehoben kredser i og, derfor, om fordelingen af ​​mørkt stof i værtsgalaksen. Holdet brugte en stor række computersimuleringer til at vise, hvordan strukturen af ​​stjernehobe er følsom over for, om mørkt stof er tæt pakket i centrum af galakser, eller mere jævnt fordelt. Holdet anvendte derefter deres metode på den nyligt opdagede "ultrasvage" dværggalakse, Eridanus II, at finde meget mindre mørkt stof i sit centrum, end mange modeller ville have forudsagt.

Dr. Filippo Contenta fra University of Surrey og hovedforfatter af undersøgelsen sagde:"Vi har udviklet et nyt værktøj til at afdække naturen af ​​mørkt stof, og resultaterne er allerede spændende. Eridanus II, en af ​​de mindste galakser man kender, har mindre mørkt stof i centrum end forventet. Hvis lignende resultater findes for en større prøve af galakser, dette kan have vidtrækkende konsekvenser for mørkt stofs natur."

Professor Mark Gieles, Professor i astrofysik ved University of Surrey og hovedforsker i European Research Council (ERC) projekt, der finansierede projektet, tilføjede:"Vi startede dette ERC-projekt med håbet om, at vi kunne bruge stjernehobe til at lære om mørkt stof, så det er meget spændende, at det virkede."

Professor Justin Read, en medforfatter på undersøgelsen fra University of Surrey, tilføjede:"Det er udfordrende at forstå vores resultater for Eridanus II, hvis mørkt stof omfatter en svagt interagerende 'kold' partikel - den for tiden foretrukne model for mørkt stof. En mulighed er, at det mørke stof i centrum af Eridanus II var " opvarmet" af voldsom stjernedannelse, som foreslået af nogle nyere numeriske modeller. Mere fristende, imidlertid, er muligheden for, at mørkt stof er mere komplekst, end vi har antaget til dato."

Dr. Jorge Peñarrubia fra University of Edinburghs School of Physics and Astronomy sagde:"Disse resultater giver et fascinerende indblik i fordelingen af ​​mørkt stof i de mest mørkt stofdominerede galakser i universet, og der er et stort potentiale for, hvad denne nye metode kan afdække i fremtiden."