Hvorfor er glorier af mørkt stof i ultra-diffuse galakser så mærkelige?

En undersøgelse ledet af fysikere ved UC Riverside og UC Irvine har fundet ud af, at mørkt stof-haloer i ultra-diffuse galakser er meget mærkelige, hvilket rejser spørgsmål om fysikeres forståelse af galaksedannelse og universets struktur.

Ultra-diffuse galakser kaldes så på grund af deres ekstremt lave lysstyrke. Fordelingen af ​​baryoner – gas og stjerner – er meget mere spredt i ultradiffuse galakser sammenlignet med "normale" galakser med lignende masser.

I det følgende spørgsmål og svar deler Hai-Bo Yu, lektor i fysik og astronomi ved UCR, sine tanker om de resultater, han og UCI's Manoj Kaplinghat, hans mangeårige samarbejdspartner, har offentliggjort i The Astrophysical Journal om nyopdagede ultradiffuse galakser og deres glorier af mørkt stof.

Yu og Kaplinghat fik følgeskab i forskningen af ​​Demao Kong fra Tufts University og Filippo Fraternali og Pavel E. Mancera Piña fra University of Groningen i Holland. Første forfatter Kong tiltræder UCR til efteråret.

Sp. Hvad er en mørk materie-glorie?

En mørk stof-halo er den glorie af usynligt stof, der gennemsyrer og omgiver en galakse eller en klynge af galakser. Selvom mørkt stof aldrig er blevet opdaget i laboratorier, er fysikere overbeviste om, at mørkt stof, som udgør 85 % af universets stof, eksisterer.

Sp. Du har fundet ud af, at glorier af mørkt stof i de ultra-diffuse galakser er meget mærkelige. Hvad er mærkeligt ved dem, og hvad sammenligner du dem med?

De ultradiffuse galakser, vi undersøgte, er meget mindre massive sammenlignet med for eksempel Mælkevejen. De indeholder dog meget gas, og de har meget højere gasmasse end den samlede stjernemasse, hvilket er modsat hvad vi ser i Mælkevejen. De ultra-diffuse galakser har også store størrelser.

Fordelingen af ​​mørkt stof i disse galakser kan udledes af gaspartiklernes bevægelse. Det, der virkelig overrasker os, er, at tilstedeværelsen af ​​baryonisk stof i sig selv, overvejende i form af gas, er næsten tilstrækkelig til at forklare den målte hastighed af gaspartikler og efterlader lidt plads til mørkt stof i de indre områder, hvor de fleste stjerner og gas. er lokaliseret.

Dette er meget overraskende, for i tilfælde af normale galakser, hvis masser ligner dem i de ultra-diffuse galakser, er det modsat:Mørkt stof dominerer over baryonisk stof. For at imødekomme dette resultat konkluderer vi, at disse glorier af mørkt stof skal have meget lavere "koncentrationer". Det vil sige, at de indeholder meget mindre masse i deres indre områder sammenlignet med dem i normale galakser. I denne forstand er mørkt stof-haloer i de ultradiffuse galakser "mærkelige."

Ved første øjekast kunne man forvente, at sådanne lavkoncentrationshaloer er så sjældne, at de ultradiffuse galakser ikke engang ville eksistere. Efter at have undersøgt data fra state-of-the-art numeriske simuleringer af kosmisk strukturdannelse, fandt vi dog, at populationen af ​​lavkoncentrationshaloer er højere end forventningen.

Sp. Hvad var involveret i at lave undersøgelsen?

Dette er et samarbejde. Filippo Fraternali og hans elev Pavel E. Mancera Piña er eksperter i galaksers gasdynamik. De opdagede, at de ultra-diffuse galakser roterer langsommere end normale galakser med lignende masser. Vi arbejdede sammen for at fortolke måledata for disse galaksers gasbevægelse og udlede deres fordeling af mørkt stof. Desuden analyserede vi data fra simuleringer af kosmisk strukturdannelse og identificerede mørkt stof-haloer, der har lignende egenskaber som dem, der udledes af de ultra-diffuse galakser.

Sp. Dine fund rejser spørgsmål om vores forståelse af galaksedannelse/strukturdannelse af universet. Hvordan?

Vi har mange spørgsmål vedrørende dannelsen og udviklingen af ​​disse nyopdagede galakser. For eksempel indeholder de ultradiffuse galakser meget gas, og vi ved ikke, hvordan denne gas tilbageholdes under galaksedannelsen. Yderligere viser vores resultater, at disse galakser kan være yngre end normale galakser. Dannelsen af ​​de ultra-diffuse galakser er ikke godt forstået, og der er brug for mere arbejde.

Sp. Hvad gør ultra-diffuse galakser så interessante?

Disse er fantastiske genstande at studere på grund af deres overraskende egenskaber, som diskuteret i vores arbejde. De nyopdagede ultra-diffuse galakser giver et nyt vindue til yderligere at teste vores forståelse af galaksedannelse, sandsynligvis endda karakteren af ​​mørkt stof. + Udforsk yderligere

Hubble ser på en galaktisk særhed