Eerste ultra-zeldzame ‘donkere materie-ster’ gevonden?
In een ver stersysteem draait een zonachtige ster rond een onzichtbaar object dat misschien wel het eerste voorbeeld is van een ‘bosonster’, bestaande uit donkere materie. Dit suggereert nieuw onderzoek.
De merkwaardige ster is gevonden met de Europese Gaia-satelliet en astronomen hebben lange tijd gedacht dat de merkwaardige ster eigenlijk een simpel geval was van een ster die om een zwart gat draait.
Die bewering wordt nu door twee astronomen betwist. Ze zeggen dat het bewijs iets heel anders suggereert: een nog nooit eerder gezien type ster gemaakt van onzichtbare donkere materie. Hun onderzoek, dat nog door vakgenoten moet worden beoordeeld, werd op 18 april op de preprint-server arXiv gepubliceerd.
Het system zelf bestaat uit een zonachtige ster en “iets anders”. De ster weegt iets minder dan de Zon (0,93 zonsmassa) en heeft ongeveer dezelfde chemische samenstelling als de Zon. Zijn mysterieuze metgezel is veel massiever – ongeveer 11 zonsmassa. De objecten draaien op een afstand van 1,4 Astronomische Eenheden om elkaar heen (dat is ongeveer de afstand waarop Mars om de Zon draait) en ze hebben daar 188 dagen voor nodig.
Wat zou die donkere begeleider kunnen zijn? Een mogelijkheid is dat het een zwart gat is. Hoewel dat gemakkelijk zou passen in termen van de orbitale waarnemingen heeft die hypothese wel wat uitdagingen. Zwarte gaten worden gevormd door de dood van zeer massieve sterren en om deze situatie te laten ontstaan zou zich een zonachtige ster moeten vormen in gezelschap van een van die monsters. Hoewel het niet helemaal onmogelijk is, vereist dat scenario een buitengewone hoeveelheid fijnafstemming om de match tot stand te brengen en om deze objecten miljoenen jaren in een baan om elkaar heen te houden.
Dus misschien is die donkere metgezel iets veel exotischer, zoals onderzoekers in de nieuwe studie voorstellen. Misschien, zo vermoeden ze, is het een klomp donkere materiedeeltjes.
Donkere materie is een onzichtbare vorm van materie die de overgrote meerderheid van de massa van elk sterrenstelsel vormt. We hebben nog steeds geen goed begrip van zijn identiteit. De meeste theoretische modellen gaan ervan uit dat donkere materie gelijkmatig wordt verdeeld in elk sterrenstelsel, maar er zijn modellen die het mogelijk maken dat donkere materie kan samenklonteren.
Een van deze modellen veronderstelt dat donkere materie een nieuw soort boson is. Bosonen zijn deeltjes die de krachten van de natuur dragen; een foton bijvoorbeeld is een boson dat de elektromagnetische kracht draagt. Hoewel we slechts een beperkt aantal bosonen kennen in het standaard model van de deeltjes fysica, is er in principe niets dat het heelal ervan weerhoudt om nog veel meer soorten te hebben.
Dit soort bosonen zou geen krachten dragen maar ze zouden toch het heelal doordrenken. Het belangrijkste is dat ze het vermogen hebben om grote klonten te vormen. Sommige van deze klonten kunnen zo groot zijn als hele sterrenstelsels, maar sommige kunnen veel kleiner zijn. De kleinste klonten bosonische donkere materie kunnen zo klein zijn als sterren, en deze hypothetische objecten krijgen een nieuwe naam: bosonsterren.
Bosonsterren zouden volledig onzichtbaar zijn. Omdat donkere materie geen interactie heeft met andere deeltjes of met licht, konden astronomen ze alleen detecteren door de invloed van de zwaartekracht op hun omgeving – alsof een gewone ster om een bosonster zou draaien.
De onderzoekers wijzen erop dat een eenvoudig model van bosonische materie voldoende bosonsterren zou produceren om dit resultaat in de Gaia-gegevens aannemelijk te maken, en dat het vervangen van een vermeend zwart gat door een bosonster alle waarnemingsgegevens zou kunnen verklaren.
Hoewel het onwaarschijnlijk is dat dit daadwerkelijk de ontdekking van een bosonster is, dringen de auteurs toch aan op vervolgwaarnemingen. Het belangrijkste is dat dit unieke system astronomen een zeldzame kans geeft om het gedrag van sterke zwaartekracht te bestuderen, waardoor ze de algemene relativiteitstheorie van Einstein kunnen onderzoeken om te zien of deze standhoudt. Ten tweede, als het een bosonster is, is dit systeem de perfecte experimentele opstelling. Ze kunnen spelen met hun modellen van bosonsterren en zien hoe goed ze de orbitale dynamiek van dit systeem kunnen verklaren en die informatiegebruiken om een glimp op te vangen van de donkere hoeken van het heelal.
Artikel: A Sun-like star orbiting a boson star (pdf). Alexandre M. Pombo, Ippocratis D. Saltas
Eerste publicatie: 28 mei 2023
Bron: space.com & anderen
