Mørkt stof rammer måske den rigtige tone i små galakser

Mørkt stof partikler kan kun spredes mod hinanden, når de rammer den rigtige energi, siger forskere i Japan, Tyskland, og Østrig i en ny undersøgelse. Deres idé hjælper med at forklare, hvorfor galakser fra de mindste til de største har de former, de har.

Mørkt stof er en mystisk og ukendt form for stof, der omfatter mere end 80 procent af stof i universet i dag. Dens natur er ukendt, men fysikere mener, at dens tyngdekraft er ansvarlig for dannelsen af ​​stjerner og galakser, som førte til vores eksistens.

"Mørkt stof er faktisk vores mor, som fødte os alle. Men vi har ikke mødt hende; på en eller anden måde, vi blev skilt ved fødslen. Hvem er hun? Det er spørgsmålet, vi gerne vil vide, " siger papirforfatter Hitoshi Murayama, en University of California Berkeley Professor og Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe hovedforsker.

Astronomer har allerede fundet ud af, at mørkt stof ikke ser ud til at klumpe sig sammen så meget, som computersimuleringer antyder. Hvis tyngdekraften er den eneste kraft, der driver mørkt stof, kun trække og aldrig skubbe, så burde mørkt stof blive meget tæt mod galaksernes centre. Imidlertid, især i små svage galakser kaldet dværg sfæroidaler, mørkt stof ser ikke ud til at blive så tæt som forventet mod galaktiske centre.

Dette puslespil kunne løses, hvis mørkt stof spredes mod sig selv som billardkugler, tillader partikler at sprede sig mere jævnt efter en kollision. Men et problem med denne idé er, at mørkt stof ser ud til at klumpe sig i større systemer såsom galaksehobe. Hvad får mørkt stof til at opføre sig anderledes mellem dværgsfæroidaler og galaksehobe? Et internationalt hold af forskere har udviklet en forklaring, der kunne løse denne gåde, og afsløre, hvad mørkt stof er.

"Hvis mørkt stof kun spredes med hinanden med en lav, men meget speciel hastighed, det kan ofte ske hos dværg sfæroidaler, hvor det bevæger sig langsomt, men den er sjælden i galaksehobe, hvor den bevæger sig hurtigt. Det skal ramme en resonans, " siger den kinesiske fysiker Xiaoyong Chu, en postdoc-forsker ved det østrigske videnskabsakademi.

Resonans er et almindeligt fænomen - at hvirvle vin i et glas for at udsætte den for ilt og producere mere aroma kræver, at glasset cirkulerer med den nøjagtige hastighed. Gamle analoge radioer skal indstilles til den rigtige frekvens. Dette er eksempler på resonans, og holdet har mistanke om, at resonans kan forklare dette mørkt stof-puslespil.

"Så vidt vi ved, dette er den enkleste forklaring på puslespillet. Vi er spændte, fordi vi måske snart ved, hvad mørkt stof er, " siger Murayama.

Imidlertid, holdet var ikke overbevist om, at en så simpel idé ville forklare dataene korrekt. "Først, vi var lidt skeptiske over, at denne idé vil forklare observationsdataene; men da vi prøvede det, det virkede som en charme, " siger den colombianske videnskabsmand Camilo Garcia Cely, en postdoc-forsker ved Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) i Tyskland.

Holdet mener, at det ikke er tilfældigt, at mørkt stof kan ramme den helt rigtige tone. "Der er mange andre systemer i naturen, der viser lignende ulykker:i stjerner, alfapartikler rammer en resonans af beryllium, som igen rammer en resonans af kulstof, producerer de byggesten, der gav anledning til liv på Jorden. En lignende proces sker for en subatomær partikel kaldet phi, " siger Garcia Cely.

"Det kan også være et tegn på, at vores verden har flere dimensioner, end vi ser. Hvis en partikel bevæger sig i ekstra dimensioner, den har energi. For mennesker, som ikke ser den ekstra dimension, vi tror, ​​at energien faktisk er masse, takket være Einsteins E=mc ² . Måske bevæger en eller anden partikel sig dobbelt så hurtigt i ekstra dimension, gør dens masse præcis dobbelt så meget som massen af ​​mørkt stof, " siger Chu.

Holdets næste skridt vil være at finde observationsdata, der understøtter deres teori. "Hvis dette er sandt, fremtidige og mere detaljerede observationer af forskellige galakser vil afsløre, at spredning af mørkt stof gør, Ja, afhænger af dens hastighed, " siger Murayama, som også leder en separat international gruppe, der har til hensigt at udføre sådan forskning ved hjælp af Prime Focus Spectrograph, nu under opførelse. Instrumentet på 80 millioner dollars vil blive monteret på Subaru-teleskopet på toppen af ​​Mauna Kea på Big Island, Hawaii, og vil være i stand til at måle hastigheden af ​​tusindvis af stjerner i dværg sfæroidaler.

Holdets papir blev offentliggjort online den 22. februar af Fysiske anmeldelsesbreve .