Astrofysici bieden verklaring voor de oorsprong van een van de grootste satellieten van de Melkweg
Het satellietstelsel Crater II van de Melkweg bevindt zich op ongeveer 380.000 lichtjaar afstand van de Aarde in de richting van het sterrenbeeld Crater – Beker. Dit sterrenstelsel is extreem koud en uitzonderlijk diffuus en het heeft een lage oppervlaktehelderheid. Volgens nieuw onderzoek bestaat Crater II dankzij een met zichzelf interagerende donkere materie.
Sinds de ontdekking in 2016 zijn er veel pogingen ondernomen om de ongebruikelijke eigenschappen van Crater II te reproduceren, maar dat is een hele uitdaging gebleken.
Donkere materie maakt 85% van de materie van het heelal uit en kan onder invloed van de zwaartekracht een bolvormige structuur vormen die een halo van donkere materie wordt genoemd.
Onzichtbaar doordringt en omringt de halo een sterrenstelsel als Crater II. Het feit dat Crater II extreme koud is geeft aan dat de halo een lage dichtheid heeft.
Crater II ontstond in het getijdenveld van de Melkweg en ondervond getijdeninteracties met het gaststelsel, vergelijkbaar met hoe de oceanen op Aarde getijdenkrachten ervaren als gevolg van de zwaartekracht van de Maan, aldus professor Hai-Bo Yu van de universiteit van Californië.
In theorie kunnen de getijdeninteracties de dichtheid van de halo van donkere materie verminderen.
De laatste metingen van de baan van Crater II rond de Melkweg suggereren echter dat de kracht van de getijdeninteracties te zwak is om de dichtheid van donkere materie in het satellietstelsel te verlagen om consistent te zijn met de metingen ervan – als donkere materie bestaat uit koude botsingloze deeltjes, zoals verwacht op basis van de heersende koude donkere materietheorie (CDM)
Een andere puzzel is hoe Crater II een grote omvang zou kunnen hebben, omdat de getijdeninteracties de omvang zouden verkleinen wanneer het satellietstelsel evolueert in het getijdenveld van de Melkweg.4Professor Yu en zijn collega’s beroepen zich op een andere theorie om de eigenschappen en oorsprong van Crater II te verklaren.
Het wordt zelf-interacterende donkere materie (SIDM) genoemd en kan op overtuigende wijze diverse distributies van donkere materie verklaren.
Dit model stelt voor dat deeltjes van donkere materie met elkaar in wisselwerking staan via een duistere kracht, waarbij ze dichtbij het centrum van een sterrenstelsel sterk met elkaar botsen.
Volgens professor Yu laat hun werk zien dat SIDM de ongebruikelijke eigenschappen van Crater II kan verklaren.
Het belangrijkste mechanisme is dat de interactie tussen donkere materie en de donkere materie de halo van Crater II thermaliseren en een kern met ondiepe dichtheid produceren, dat wil zeggen dat de dichtheid van de donkere materie wordt afgevlakt met kleine stralen.
In een CDM-halo daarentegen zou de dichtheid scherp toenemen richting het centrum van het sterrenstelsel.
In SIDM is een relatief kleine sterkte van getijdeninteracties, consistent met wat kan worden verwacht op basis van metingen van de baan van Crater II, voldoende om de dichtheid van donkere materie in Crater II te verlagen, consistent met waarnemingen.
Belangrijk is dat de omvang van sterrenstelsels zich ook uitbreidt ineen SIDM-halo, wat de grote omvang van Crater II verklaart.
Donkere materiedeeltjes zijn gewoon losser gebonden in een SIDM-halo met een kern dan in een CDM-halo.
Volgens professor Yu laat hun werk zien dat SIDM beter is dan CDM in het uitleggen hoe Crater II is ontstaan.
Het onderzoek is gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters.
Artikel: Xingyu Zhang et al. 2024. Self-interacting Dark Matter Interpretation of Crater II. ApJL 968, L13; doi: 10.3847/2041-8213/ad50cd
Eerste publicatie: 12 juni 2024
Bron: sci-news
