Het is voor een telescoop onmogelijk om dit in beeld te brengen en het is nog lang niet volledig begrepen donkere materie is overal.

De diepste mysteries over donkere materie hebben betrekking op de aard en het gedrag ervan. Het heersende idee over donkere materie is de Chilly Darkish Matter Concept (CDM), die stelt dat donkere materie bestaat uit deeltjes met lage snelheid die geen interactie met elkaar hebben. Deze denkwijze is besproken – en staat opnieuw ter discussie. Onder leiding van astrofysicus Hai-Bo Yu heeft een workforce onderzoekers van de College of California Riverside een alternatief idee bedacht dat twee uitersten verklaart waarin koude donkere materie niet goed werkt.

Males denkt dat sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels omgeven zijn door halo’s van donkere materie. Aan de ene kant van de controverse bevinden zich galactische halo’s van donkere materie die te dicht zijn om constant te zijn met CDM, en aan de andere kant zijn galactische halo’s van donkere materie die te diffuus zijn om door CDM te kunnen worden begrepen. Yu en zijn collega’s suggereren in plaats daarvan dat een duistere kracht (sorry Star Wars-fans – niet de Power) zorgt ervoor dat donkere materiedeeltjes tegen elkaar botsen. Dit is Self-Interacting Darkish Matter, oftewel SIDM.

Het idee van onzichtbare deeltjes die op elkaar inwerken, waarbij ze elkaar verder weg en naar buiten duwen in een diffuse halo, of elkaar dichter bij elkaar en naar binnen trekken in een dichte halo, is misschien wat we in het donker zochten. Maar eerst: waarom wordt donkere materie overweldigend als koud beschouwd?

Verloren in het donker

Donkere materie is ‘donker’ omdat de interacties met zichtbare materie en elektromagnetische straling zwak of niet-bestaand zijn. Geen enkel licht kan het verlichten vanwege het onvermogen om significante interacties te hebben met welke vorm van elektromagnetische straling dan ook. De reden dat donkere materie ‘koud’ wordt genoemd, althans volgens de theorie van koude donkere materie, is omdat males denkt dat de trage deeltjes veel langzamer bewegen dan de snelheid van het licht.

CDM is nog steeds het standaardmodel voor donkere materie omdat het werkt voor het bouwen en onderhouden van kosmische structuren zoals sterrenstelsels. Als donkere materie koud is, kan deze gemakkelijker samenklonteren en aggregeren dan wanneer deze door het vacuüm van de ruimte zoeft – wat het geval zou zijn als alle donkere materie ‘heet’ zou zijn of zou bestaan ​​uit lichtere deeltjes die zich met hoge snelheden voortbewegen. Hete donkere materiedeeltjes zouden te snel zijn om gedurende lange tijd structuren te vormen, en alle bestaande structuren waar ze tegenaan liepen zouden plat worden. Warme donkere materie bevindt zich ergens tussen koud en heet.

Hoeveel soorten donkere materie er eigenlijk bestaan, is onbekend. Sommige wetenschappers beweren dat alle donkere materie koud is, terwijl anderen beweren dat er meer dan één sort bestaat.

Hoewel CDM niet zegt dat deze onzichtbare materie volkomen bewegingloos is, laat het niet toe dat veel donkere materiedeeltjes met elkaar botsen. Dit is waar SIDM in beeld komt.

Meer licht werpen

Hoewel hete en warme donkere materie buiten het bestek van hun onderzoek vielen, testten Yu en zijn workforce of SIDM één side van de koude donkere materie kon verklaren dat niet echt werkt: het heeft moeite om extreem dichte en extreem diffuse halo’s van donkere materie te verklaren.

“In het (diffuse situation) transporteren interacties warmte van de buitenste naar de binnenste halogebieden, waardoor de centrale dichtheid wordt verlaagd; in het (dichte) situation keert de richting van de warmtestroom om en wordt de binnenste halo dichter dan zijn CDM-tegenhanger”, zeiden ze in een studie onlangs gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Ultradiffuse sterrenstelsels (UDG’s) zijn dwergstelsels die bijzonder zwak zijn omdat hun sterren ver van elkaar verwijderd zijn. Stervormend gasoline wordt te dun verspreid om veel nieuwe sterren te produceren. De halo van donkere materie in een ultradiffuus sterrenstelsel reikt veel verder dan die van een regulier dwergstelsel, wat niet zou moeten gebeuren met de botsingsloze deeltjes voorgesteld door CDM; deeltjes die geen interactie hebben, zouden dichter bij elkaar staan ​​en een dichtere halo produceren met een korter bereik. SIDM zorgt ervoor dat deeltjes kunnen botsen en warmte kunnen overbrengen, en de uitzetting van donkere materie die daaruit voortkomt kan verklaren waarom deze halo’s zo diffuus zijn.

Het tweede situation gaat over halo’s van donkere materie die zo dicht zijn dat ze een impression hebben op de zwaartekrachtlensvorming. Deze dichte halo’s bevatten voldoende donkere materie om de ruimtetijd te buigen, zodat het licht dat door dat gebied in de ruimte reist ook buigt. Door deze verstoringen wordt een object achter het lensstelsel vergroot, zij het vaak op een enigszins vervormde manier. SIDM ondersteunt ook concentraties van donkere materie die voldoende zijn om de zwaartekrachtlenswerking te beïnvloeden, omdat botsende deeltjes naar binnen moeten kunnen gaan, internet zoals ze naar buiten gaan. Deeltjes die dichter tegen elkaar botsen, verhogen de dichtheid van de halo, en een horde daarvan kan een enorme klodder donkere materie vormen die zwaartekrachtlenzen produceert.

We tasten in veel opzichten nog steeds in het ongewisse over donkere materie. Totdat er een manier is om het direct te detecteren, moeten we vertrouwen op theoretisch werk om erachter te komen of ideeën als SIDM ergens op kunnen aansluiten. Misschien zullen we ooit een methode voor directe detectie hebben die eindelijk de mysteries van donkere materie aan het licht zal brengen.

Astrofysische dagboekbrieven2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09