(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Eine verblüffende „Unterbrechung“ in einem Strom von Sternen um die Milchstraße könnte das Ergebnis von dunkler Materie sein – das heißt, wenn der mysteriöse kosmische Stoff mit sich selbst interagiert.
Das fragliche Merkmal befindet sich im GD-1-Sternstrom, einer dünnen Gruppe von Sternen, die sich auf einer gemeinsamen Flugbahn durch den allumfassenden Halo der Milchstraße bewegen. Der GD-1-Sternstrom ist von Astronomen gut untersucht worden, aber eine Lücke in seiner Struktur war lange Zeit ein Rätsel.
Jetzt schlägt ein Team der University of California, Riverside, vor, dass die Ursache für dieses Merkmal ein Subhalo aus selbst wechselwirkender dunkler Materie innerhalb des größeren Halos aus dunkler Materie ist, der unsere Galaxie umgibt.
„Diese Arbeit eröffnet einen vielversprechenden neuen Weg zur Untersuchung der selbst-wechselwirkenden Eigenschaften der dunklen Materie durch stellare Ströme“, sagte der Teamleiter und Forscher der University of California, Riverside, Hai-Bo Yu, in einer Erklärung. „Es ist ein aufregender Schritt nach vorn in unserem Verständnis der dunklen Materie und der Dynamik der Milchstraße.“
Wärmer werdend
Wissenschaftler sind sehr daran interessiert, dem Rätsel der dunklen Materie auf den Grund zu gehen, denn dieses Phänomen macht den größten Teil des „Zeugs“ im Universum aus – nämlich etwa 85 %. Das bedeutet, dass alles, was wir um uns herum sehen, wie Sterne, Planeten, Monde, du, ich und im Grunde alles andere, nur 15 % der Materie des Universums ausmacht.
Wissenschaftler wissen, dass die dunkle Materie nicht aus Atomen besteht, die sich aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammensetzen, weil sie nicht mit Licht oder gewöhnlicher Materie interagiert.
Aber die große Frage für die Wissenschaftler ist: Kann dunkle Materie mit sich selbst interagieren?
Die Tatsache, dass dunkle Materie nicht mit Licht wechselwirkt, macht sie leider auch praktisch unsichtbar. Diese Frage ist also schwer zu erforschen.
Ein Diagramm zeigt das Verhältnis der dunklen Materie zur „normalen“ Materie, aus der Sterne, Planeten und Katzen bestehen (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Wenn die dunkle Materie jedoch nicht mit der gewöhnlichen Materie interagiert und Sterne definitiv aus gewöhnlicher Materie bestehen, fragen Sie sich vielleicht, wie dieses mysteriöse Zeug eine Unterbrechung in einem Sternstrom verursachen kann.
Der Schlüssel dazu ist die Tatsache, dass dunkle Materie mit der Schwerkraft wechselwirkt. Da die Schwerkraft aus der Krümmung der Raumstruktur selbst resultiert (danke, Albert Einstein) und gewöhnliche Materie und Licht ebenfalls den Raum durchqueren, bedeutet dies, dass diese bekannteren Aspekte des Kosmos zwar die dunkle Materie ignorieren können, nicht aber ihre Gravitationswirkung.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler die Unterbrechung des GD-1-Sternstroms untersucht und festgestellt, dass der gravitative Einfluss bekannter Kugelsternhaufen oder der bekannten Satellitengalaxien der Milchstraße sie nicht verursacht haben kann.
Der GD-1 Stellar Stream, simuliert mit einem interaktiven Visualisierungswerkzeug. (Bildnachweis: UC Riverside)
Wenn dichte dunkle Materie in einem Subhalo innerhalb des größeren Halos der Milchstraße existiert, dann könnten die von ihr verursachten Gravitationsstörungen diesen Sternstrom gestört haben.
Damit dies möglich ist, müsste die dunkle Materie in diesem Subhalo jedoch dichter sein als die dunkle Materie, die im besten Modell, das uns für die Entwicklung des Universums zur Verfügung steht, vorhergesagt wird: dem Lambda Cold Dark Matter (LCDM)-Modell.
„Subhalos aus kalter dunkler Materie haben typischerweise nicht die nötige Dichte, um die im GD-1-Strom beobachteten charakteristischen Merkmale zu erzeugen“, erklärte Yu.
Kompositbild, das den Kugelsternhaufen zeigt, in dem die dunkle Materie zweier kollidierender Galaxien (lila) die gewöhnliche Materie (rot) durchdringt. (Bildnachweis: Chandra X-Ray Observatory/NASA)
Die Vorsilbe „kalt“ bezieht sich in diesem Fall auf dunkle Materie, die sich im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit langsam bewegt und nicht mit sich selbst wechselwirkt. Die Alternative ist „heiße“ und selbst wechselwirkende dunkle Materie.
Eine mögliche Folge der selbst-wechselwirkenden dunklen Materie ist ihre Fähigkeit, unter ihrem eigenen Gravitationseinfluss zu kollabieren und dichter zu werden.
Yu und Kollegen simulierten die Auswirkungen dieses kollabierenden Subhalos aus dunkler Materie auf den Bruch des GD-1-Sternstroms.
„Unsere Forschung zeigt jedoch, dass ein kollabierender, selbst wechselwirkender Subhalo aus dunkler Materie die erforderliche Dichte erreichen könnte“, so Yu weiter. „Ein solcher kompakter Subhalo wäre dicht genug, um den gravitativen Einfluss auszuüben, der für die beobachteten Störungen im GD-1-Strom erforderlich ist.“
„Die Ergebnisse unseres Teams bieten eine neue Erklärung für die beobachteten Sporn- und Lückenmerkmale in GD-1, von denen lange angenommen wurde, dass sie auf eine nahe Begegnung mit einem dichten Objekt hinweisen“, sagte Yu. „In unserem Szenario ist der ‚Störer‘ ein selbst wechselwirkender Subhalo aus dunkler Materie, der die räumliche und Geschwindigkeitsverteilung der Sterne im Strom stört und die charakteristischen Merkmale erzeugt, die wir im GD-1-Sternstrom sehen.“
Das könnte natürlich darauf hindeuten, dass das LCDM-Modell doch nicht das beste Rezept für den Kosmos ist.
Wenn dies der Fall ist, könnten heiße Merkmale der dunklen Materie wie die Unterbrechung im GD-1-Sternstrom den Forschern eine Möglichkeit bieten, die Eigenschaften der dunklen Materie zu untersuchen.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 3. Januar in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
