Fysikere forklarer mystisk mangel på mørkt stof i galaksepar

En ny teori om mørkt stofs natur hjælper med at forklare, hvorfor et par galakser omkring 65 millioner lysår fra Jorden indeholder meget lidt af det mystiske stof, ifølge en undersøgelse ledet af en fysiker ved University of California, Riverside.

Mørkt stof er ikke -lysende og kan ikke ses direkte. Tænkte at udgøre 85% af stoffet i universet, dens natur er ikke godt forstået. I modsætning til normalt stof, det absorberer ikke, afspejle, eller udsender lys, gør det svært at opdage.

Den fremherskende teori om mørkt stof, kendt som koldt mørkt stof, eller CDM, antager, at partikler i mørkt stof er kollisionsfrie, bortset fra tyngdekraften. En nyere anden teori, kaldet selv-interagerende mørkt stof, eller SIDM, foreslår, at partikler i mørkt stof selv interagerer gennem en ny mørk kraft. Begge teorier forklarer, hvordan universets overordnede struktur opstår, men de forudsiger forskellige fordelinger af mørkt stof i de indre områder af en galakse. SIDM antyder, at mørkt stof partikler kolliderer kraftigt med hinanden i en galakses indre glorie, tæt på dets centrum.

Typisk, en synlig galakse er vært for en usynlig glorie af mørkt stof - en koncentreret klump af materiale, formet som en bold, der omgiver galaksen og holdes sammen af ​​gravitationskræfter. Nylige observationer af to ultra-diffuse galakser, NGC 1052-DF2 og NGC 1052-DF4, at vise, imidlertid, at dette par af galakser indeholder meget lidt, hvis nogen, mørkt stof, udfordrer fysikernes forståelse af galaksedannelse. Astrofysiske observationer tyder på, at NGC 1052-DF2 og NGC 1052-DF4 sandsynligvis er satellitgalakser af NGC1052.

"Det er almindeligt antaget, at mørkt stof dominerer den samlede masse i en galakse, " sagde Hai-Bo Yu, en lektor i fysik og astronomi ved UCR, der ledede undersøgelsen. "Observationer af NGC 1052 -DF2 og -DF4 viser, imidlertid, at forholdet mellem deres mørke stof og deres stjernemasser er omkring 1, hvilket er 300 gange lavere end forventet. For at løse uoverensstemmelsen, vi mente, at DF2- og DF4-haloerne muligvis mister størstedelen af ​​deres masse gennem tidevandsinteraktioner med den massive NGC 1052-galakse."

Ved hjælp af sofistikerede simuleringer, det UCR-ledede team gengav egenskaberne for NGC 1052-DF2 og NGC 1052-DF4 gennem tidevandsstripping-fjernelse af materiale ved galaktiske tidevandskræfter-ved NGC1052. Fordi satellitgalakserne ikke kan holde den strippede masse med deres egne gravitationskræfter, det bliver effektivt tilføjet til NGC 1052s masse.

Forskerne overvejede både CDM- og SIDM-scenarier. Deres resultater, udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , indikerer, at SIDM danner galakser med mangel på mørkt stof som NGC 1052-DF2 og -DF4 langt mere fordelagtigt end CDM, da tidevandsmassetabet af den indre halo er mere signifikant, og stjernefordelingen er mere diffus i SIDM.

Forskningspapiret er udvalgt som et "redaktørforslag" af tidsskriftet, en ære, som kun få udvalgte artikler modtager hver uge for at fremme læsning på tværs af felter.

Yu forklarede tidevandsmassetab kunne forekomme i både CDM- og SIDM-haloer. I CDM, den indre gloriestruktur er "stiv" og modstandsdygtig over for tidevandsstripping, hvilket gør det svært for en typisk CDM -glorie at miste tilstrækkelig indre masse i tidevandsfeltet til at rumme observationer af NGC 1052 -DF2 og -DF4. I modsætning, i SIDM, selvinteraktioner i mørkt stof kan skubbe partikler af mørkt stof fra det indre til det ydre område, gør den indre glorie "fluffigere" og øger tidevandsmassetabet tilsvarende. Yderligere, stjernefordelingen bliver mere diffus.

"En typisk CDM -glorie forbliver for massiv i de indre områder, selv efter tidevandsudvikling, " sagde Yu.

Næste, holdet vil udføre en mere omfattende undersøgelse af NGC 1052-systemet og udforske nyopdagede galakser med nye egenskaber i et forsøg på bedre at forstå naturen af ​​mørkt stof.

Titlen på forskningsartiklen er "Self-Interacting Dark Matter and the Origin of Ultradiffuse Galaxies NGC1052-DF2 and -DF4."