Donkere dwergen kunnen de ware aard van donkere materie onthullen
Donkere dwergen zijn hypothetische objecten die worden aangestuurd door donkere materie en die zijn ontstaan door de afkoeling van bruine dwergen.
Wat we vandaag de dag weten over donkere materie is dat het bestaat en hoe het zich gedraagt – maar nog niet wat het werkelijk is.
In de afgelopen vijftig jaar zijn er verschillende hypothesen geopperd, maar geen enkele heeft voldoende experimenteel bewijs verzameld om stand te houden.
Een van de bekendste kandidaten voor donkere materie zijn de Weakly Interacting Massive Particles (WIMPS) – zeer zware deeltjes die zeer zwak interacteren met gewone materie: ze passeren onopgemerkt objecten, zenden geen licht uit en reageren niet op elektromagnetische krachten, en onthullen zichzelf alleen via hun zwaartekrachtseffecten.
Dit type donkere materie zou nodig zijn voor het bestaan van donkere dwergen.
“Donkere materie interageert via zwaartekracht, dus het zou door sterren kunnen worden ingevangen en zich daarin kunnen ophopen”, aldus professor Jeremy Sakstein van de universiteit van Hawaï.
“Als dat gebeurt zou het ook met zichzelf kunnen interacteren en annihileren, waarbij energie vrijkomt die de ster verwarmt.”
Gewone sterren stralen omdat kernfusieprocessen in hun kern plaatsvinden, waarbij grote hoeveelheden warmte en energie worden gegenereerd.
Fusie vindt plaats wanneer de massa van een ster zo groot is dat zwaartekrachten materie zo sterk naar het centrum samendrukken dat ze reacties tussen atoomkernen veroorzaken.
Bij dit proces komt een enorme hoeveelheid energie vrij, die we als licht zien. Donkere dwergen zenden ook licht uit – maar niet door kernfusie.
“Donkere dwergen zijn objecten met een zeer lage massa, ongeveer 0,08 zonsmassa”, aldus professor Sakstein.
“Zo’n kleine massa is niet voldoende om fusiereacties te veroorzaken.”
“Daarom zenden dergelijke objecten – hoewel ze veel voorkomen in het heelal – meestal slechts zwak licht uit en staan ze bij wetenschappers bekend als bruine dwergen.”
Als bruine dwergen zich echter bevinden in gebieden waar donkere materie bijzonder veel voorkomt – zoals het centrum van ons Melkwegstelsel – kunnen ze in iets anders transformeren.
“Deze objecten verzamelen de donkere materie die hen helpt een donkere dwerg te worden”, aldus professor Sakstein.
“Hoe meer donkere materie je hebt, hoe meer je kunt vangen.”
“En hoe meer donkere materie er in de ster terechtkomt, hoe meer energie er door de annihilatie ervan zal worden geproduceerd.”
“Om donkere dwergen te laten bestaan, moet donkere materie bestaan uit WIMP’s, oftewel elk zwaar deeltje dat zo sterk met zichzelf interageert dat het zichtbare materie produceert.”
“Andere kandidaten die zijn voorgesteld om donkere materie te verklaren – zoals axionen, vage ultralichte deeltjes of steriele neutrino’s – zijn allemaal te licht om het verwachtte effect in deze objecten te produceren.”
“Alleen massieve deeltjes die met elkaar kunnen interageren en annihileren tot zichtbare energie, kunnen een donkere dwerg van energie voorzien.”
Deze hele hypothese zou echter weinig waarde hebben als er geen concrete manier was om een donkere dwerg te identificeren.
Om die reden sterren professor Sakstein en collega’s een onderscheidende marker voor.
“Er waren een paar markers, maar wij suggereren lithium-7 omdat het echt een uniek effect zou zijn”, aldus professor Sakstein.
“Lithium-7 brandt heel gemakkelijk en wordt snel verbruikt in gewone sterren.”
“Dus als je een object zou kunnen vinden dat op een donkere dwerg lijkt, zou je kunnen zoeken naar de aanwezigheid van dit lithium-isotoop, omdat het er niet zou zijn als het ene bruine dwerg of een vergelijkbaar object was.”
Het werk van de onderzoekers verschijnt in de Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Artikel: Djuna Croon et al. 2025. Dark dwarfs: dark matter-powered sub-stellar objects awaiting discovery at the Galactic center. JCAP 07: 019; doi: 10.1088/1475-7516/2025/07/019
Eerste publicatie: 8 juli 2025
Bron: sci-news & anderen
