Sind die Lücken in der Andromedagalaxie mit dunkler Materie gefüllt? Dieses NASA-Teleskop kann es herausfinden
Bilder, die vom kommenden Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA erstellt wurden, könnten es Wissenschaftlern ermöglichen, nach dunkler Materie unter Sternen zu suchen.
Ein internationales Forscherteam glaubt, dass Lücken in den Sternenketten, die an dicht gepackten Kugeln antiker Sternobjekte, sogenannte Kugelsternhaufen, hängen, durch Klumpen dunkler Materie beeinträchtigt sein könnten.
Bisher konnten Astronomen diese baumelnden Sternströme nur innerhalb der Milchstraße untersuchen, was bedeutet, dass unser Verständnis über sie begrenzt ist. ROMAN, dessen Start für 2027 geplant ist, sollte empfindlich genug sein, um diese Strukturen in unserer Nachbargalaxie Andromeda zu erkennen – und in solch einem Detail wird es möglich sein, durch Dunkle Materie verursachte Störungen zu erkennen, was Astronomen Hinweise auf diese schwer fassbare Materie geben wird.
„Es gibt Sternströme in unserer Galaxie, in denen wir Lücken sehen, die möglicherweise auf dunkle Materie zurückzuführen sind“, sagte Tjitski Starkenberg, Mitglied des Teams und Wissenschaftler an der Northwestern University, in dem Artikel. Stellungnahme. „Aber diese Lücken können auch auf andere Weise geformt werden.“
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Das Team betont, dass Roman zwar Lücken in anderen Galaxien als der Milchstraße beobachtet, den Wissenschaftlern jedoch ein besseres Bild dieser Lücken als Ganzes liefern wird. Dies könnte letztendlich dazu beitragen, die Existenz und Eigenschaften von Klumpen dunkler Materie zu bestimmen.
Lesen zwischen den Zeilen (oder besser gesagt den Sternen)
Dunkle Materie ist für Wissenschaftler beunruhigend, denn obwohl sie schätzungsweise 85 % der Materie im Universum ausmacht, haben sie kaum eine Ahnung, was sie ist.
Dunkle Materie interagiert nicht mit Licht, was bedeutet, dass sie für unsere Augen praktisch unsichtbar ist und nicht aus den Atomen bestehen kann, die aus Elektronen, Protonen und Neutronen bestehen, aus denen die „alltägliche“ Materie besteht, die wir gewohnt sind. Denken Sie an Sterne, Planeten, Blumen und Bücher. Alles, was wir mit bloßem Auge sehen – auch unser Körper – besteht aus dieser „natürlichen“ Substanz.
Dunkle Materie interagiert jedoch mit der Schwerkraft, was bedeutet, dass Wissenschaftler nur dann auf ihre Existenz schließen können, wenn sie untersuchen, wie sich ihre Wirkung auf die Schwerkraft anschließend auf die gesamte Materie und das Alltagslicht auswirkt.
Die Tatsache, dass Dunkle Materie mit der Schwerkraft interagiert, ist tatsächlich ein Glücksfall für die Entwicklung des Universums. Einige Galaxien drehen sich beispielsweise so schnell, dass die Schwerkraft ihrer sichtbaren Materie – Sterne, Gas, Staub und Planeten – nicht ausreichen würde, um zu verhindern, dass sie in großem Maße auseinandergesprengt werden.
„Wir sehen den Einfluss der Dunklen Materie auf Galaxien“, sagte Christian Aganzi, Mitglied des Teams und Postdoktorand an der Stanford University, in der Erklärung. „Wenn wir beispielsweise modellieren, wie Galaxien rotieren, benötigen wir zusätzliche Masse, um ihre Rotation zu erklären. Dunkle Materie könnte die fehlende Masse liefern.“
Hinweise auf dunkle Materie könnten Kugelsternhaufen geben, die oft Millionen von Sternen sowie lose Sternströme enthalten. Dies liegt daran, dass Wissenschaftler glauben, dass dunkle Materie „Löcher“ in diese Sternströme bohren und Lücken schaffen kann, die zur Beurteilung der Natur dieser mysteriösen Form von Materie genutzt werden können.
„Der Grund, warum diese Ströme interessanter sind, um die Auswirkungen dieser Klumpen dunkler Materie zu beobachten, ist zweierlei“, sagte Starkenberg. Erstens „leben“ diese Ströme in den äußersten Randregionen der Galaxie, wo es nur sehr wenig Struktur gibt.
„Und zweitens sind diese Ströme an sich sehr dünn, weil sie aus dichten Sternhaufen bestehen, was bedeutet, dass man Lücken oder Störungen leichter erkennen kann.“
Dies ist keine neue Idee, aber sie wurde noch nicht vollständig zur Lösung des Problems der Dunklen Materie genutzt. Aktuelle Weltraumteleskope und bodengestützte Instrumente beschränken sich auf die Suche nach Löchern, die von dunkler Materie in eine kleine Anzahl von Sternströmen gestanzt wurden, die von Kugelsternhaufen in der Milchstraße herabhängen.
Von seinem Standort etwa 1 Million Meilen (1,6 Millionen Kilometer) von der Erde aus wird Roman zum ersten Mal in der Lage sein, solche Strukturen in benachbarten Galaxien, insbesondere Andromeda, zu erkunden. Sein Weitfeldinstrument wird Bilder erzeugen, die 200-mal größer sind als die des Hubble-Weltraumteleskops.
Um dies zu testen, simulierte dieses Team Sternenströme und ließ sie mit Klumpen dunkler Materie interagieren, wodurch wie erwartet Löcher erzeugt wurden. Wissenschaftler erstellten dann fiktive römische Beobachtungen dieser Räume, die von dunkler Materie in Sternströmen durchlöchert waren. Sie kommen zu dem Schluss, dass Roman diese Lücken tatsächlich entdecken kann, wenn er endlich seine Augen für das Universum öffnet.
Die Römer werden mehr Licht auf die dunkle Materie werfen
Die Untersuchung der Sternströme, die von Kugelsternhaufen herabhängen, wird nicht die einzige Suche nach dunkler Materie sein, mit der sich Roman bei der Erforschung des Universums beschäftigt.
Wissenschaftler glauben, dass die meisten, wenn nicht alle Galaxien von Halos dieser mysteriösen Substanz bedeckt sind. Es wird angenommen, dass diese Halos über den sichtbaren Materieinhalt von Galaxien hinausreichen. Letzteres wird auch vom Weltraumteleskop untersucht, das nach der ersten Chefastronomin der NASA, Nancy Grace Roman, benannt ist, die als „Mutter von Hubble“ bekannt ist.
Mit Roman wird nicht nur der Halo aus dunkler Materie um Andromeda untersucht, sondern auch die Möglichkeit kleinerer „Subhalos“ aus dunkler Materie um die nahegelegene Galaxie untersucht.
„Wir gehen davon aus, dass kleinere Subhalos dunkler Materie mit Kugelsternhaufenströmen interagieren“, sagte Starkenberg. „Wenn diese Subhalos in anderen Galaxien existieren, erwarten wir, dass wir Lücken in den kugelförmigen Massenströmen sehen werden, die wahrscheinlich durch diese Subhalos verursacht werden.
„Dies wird uns neue Informationen über Dunkle Materie liefern, einschließlich der Arten von Halos aus Dunkler Materie und ihrer Masse.“
Zusätzlich zu seiner Teilnahme an dieser Studie trägt Starkenberg bereits dazu bei, den Grundstein für Romans Arbeit zur Untersuchung der Dunklen Materie zu legen, und zwar mit Hilfe der Finanzierung durch das Nancy Grace Roman Space Telescope Research Participation and Support Opportunities Program der NASA.
„Dieses Team plant, die Entstehung von Kugelsternhaufen in Sternströmen zu modellieren, indem es einen detaillierteren theoretischen Rahmen entwickelt“, sagte sie. „Wir werden weiterhin die Ursprünge von Kugelsternhaufen vorhersagen, die einen Strom bilden, und ob diese Ströme mithilfe von Römern beobachtet werden können.“
Die Forschung des Teams wird in einem vorgedruckten Papier detailliert beschrieben, das sich im Papierarchiv befindet arXiv Es wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.
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