A „sötét törpe” felfedezése megnyithatja az utat a sötét anyag rejtélyének megfejtéséhez

DNVN - Egy újonnan publikált tanulmány szerint a titokzatos "sötét törpék" fontos nyomokat szolgáltathatnak, hozzájárulva a sötét anyag valódi természetének tisztázásához – a modern kozmológia egyik legnagyobb rejtélyéhez.

Egy új típusú csillagobjektum, az úgynevezett sötét törpe rejtőzhet galaxisunk középpontjában. Ezeket a halvány, kis tömegű csillagokat nem magfúzió, hanem a sötét anyagrészecskék megsemmisülése táplálhatja, ami potenciálisan feltárhatja az univerzum egyik legnagyobb rejtélyének megfoghatatlan természetét. (Művészi koncepció). Forrás: SciTechDaily.

A Journal of Cosmology and Astronuclear Physics című folyóiratban megjelent tanulmányukban az Egyesült Királyságból és Hawaiiból származó kutatók bemutatták a sötét törpék fogalmát, és leírták, hogyan képesek az emberek a meglévő eszközökkel, köztük a James Webb űrteleszkóppal is észlelni őket. A „sötét törpék” elnevezés nem azért van, mert eredendően sötétek, hanem azért, mert szorosan kapcsolódnak a sötét anyaghoz – egy olyan anyaghoz, amely ma is az asztrofizika és a kozmológia középpontjában áll.

„Úgy gondoljuk, hogy az univerzum 25%-át olyan anyagfajta alkotja, amely nem bocsát ki fényt, így szabad szemmel és teleszkópok számára láthatatlan. Csak a gravitációs hatásain keresztül tudjuk érzékelni. Ezért nevezzük sötét anyagnak” – magyarázza Jeremy Sakstein professzor, a tanulmány társszerzője, a Hawaii Egyetem munkatársa.

Bár a sötét anyag létezését megerősítették, és a tudósok megfigyelték a viselkedését, valódi természete továbbra is rejtély. Az elmúlt 50 évben számos hipotézist fogalmaztak meg, de egyiket sem támasztották alá meggyőző kísérleti adatok. Az ehhez hasonló kutatások célja, hogy gyakorlati módszereket kínáljanak a végső válaszhoz való közelebb jutáshoz.

A sötét anyag legígéretesebb jelöltjei közé tartoznak a gyengén kölcsönható tömegű részecskék (WIMP-ek) – rendkívül nagy tömegű részecskék, amelyek nagyon gyengén kölcsönhatnak a közönséges anyaggal. Szinte észrevétlenül áthaladnak mindenen, nem bocsátanak ki fényt, nem hatnak rájuk az elektromágneses erők, ezért nem veri vissza a fényt és láthatatlanok maradnak. A WIMP-ek csak közvetve, gravitációs hatásuk révén detektálhatók. Ez a sötét anyagtípus szükséges a sötét törpék létezéséhez is.

Fekete törpe illusztrációja. Forrás: A képet Sissa Medialab munkatársai készítették Adobe Illustrator segítségével.

„A sötét anyag gravitációs kölcsönhatásba léphet, így a csillagok csapdába eshet, és felhalmozódik bennük. Amikor ez megtörténik, kölcsönhatásba léphet önmagával, és megsemmisítheti önmagát, energiát szabadítva fel, amely felmelegíti a csillagot” – magyarázza Sakstein.

A normál csillagok, mint például a Nap, magfúzió révén világítanak, amikor elég nagy tömegűek ahhoz, hogy a gravitáció az anyagot annyira összenyomja, hogy reakciókat indít el az atommagok között, hatalmas mennyiségű energiát szabadítva fel, amelyet fényként látunk. A sötét törpék ezzel szemben szintén világítanak, de nem magfúzió révén.

„A sötét törpék nagyon kicsik, a Nap tömegének mindössze 8 százalékát teszik ki” – mondta Sakstein. Az ilyen kis tömegek nem elegendőek a termonukleáris reakciók beindításához. Így ezek az objektumok, bár gyakoriak az univerzumban, általában csak halvány fényt bocsátanak ki a kis gravitációs összeomlásuk által generált energiából, és barna törpéknek nevezik őket.

Amikor azonban sötét anyagban gazdag régiókban, például a Tejútrendszer középpontjában léteznek, a barna törpék más formákká alakulhatnak át. „Ezek az objektumok sötét anyagot gyűjtenek össze, ami sötét törpévé teszi őket” – jegyzi meg Sakstein. „Minél több sötét anyag van körülöttük, annál több gyűlik össze. És minél több sötét anyagot halmoznak fel, annál több energiát tudnak termelni a megsemmisülésükből.”

De ezek az elméletek csak egy bizonyos típusú sötét anyagra érvényesek. „Ahhoz, hogy sötét törpék létezhessenek, a sötét anyagnak WIMP-ekből, vagyis bármilyen hatalmas részecskéből kell állnia, amelyek kölcsönhatásba léphetnek önmagukkal, és látható anyagot hozhatnak létre” – mondta Sakstein. Más elméletek, mint például az axionok, a steril neutrínók vagy a halvány ultrakönnyű részecskék, túl könnyűek ahhoz, hogy a kívánt hatást elérjék. Csak azok a hatalmas részecskék biztosítanának elegendő energiát a sötét törpék működtetéséhez, amelyek kölcsönhatásba léphetnek és látható energiává semmisíthetik meg magukat.

Ahhoz azonban, hogy ez a hipotézis érvényes legyen, egy speciális módszerre van szükség a sötét törpék azonosítására. Sakstein és kollégái ezért egy jellegzetes elemet javasolnak: lítium-7. Ez az elem nagyon gyorsan ég a normál csillagokban, és gyorsan eltűnik. „Ha találunk egy sötét törpére hasonlító objektumot, ellenőrizhetjük a lítium-7 nyomait. Ha még mindig ott van, az nem lehet barna törpe vagy valami hasonló” – magyarázza Sakstein.

Úgy gondolják, hogy a modern eszközök, mint például a James Webb űrteleszkóp, képesek extrém hideg objektumok, például sötét törpék kimutatására. Sakstein azonban egy másik megközelítést javasol: „Egy másik lehetőség az, hogy a teljes populációt megvizsgáljuk, majd statisztikailag megkérdezzük, hogy hozzá kellene-e adni egy további sötét törpékből álló populációt a jobb jellemzés érdekében.”

Ha a tudósok az elkövetkező években egy vagy több sötét törpét azonosítanak, az elég lenne annak a hipotézisnek az alátámasztására, hogy a sötét anyag WIMP-ekből áll? „Elég erősen” – mondja Sakstein. „A könnyű sötét anyagjelöltek, mint például az axionok esetében nem hiszem, hogy bármi olyat találnánk, ami sötét törpére hasonlít. Nem halmozódnak fel a csillagok belsejében. Ha sötét törpéket találunk, az erős bizonyíték lenne arra, hogy a sötét anyag hatalmas, és erősen kölcsönhatásba lép önmagával, de csak gyengén a standard modellel. Ez magában foglalja a WIMP-eket és néhány egzotikus modellt is.”

Azt is megjegyezte azonban, hogy a sötét törpék felfedezése nem feltétlenül jelenti azt, hogy a sötét anyag WIMP, de lehet WIMP, vagy más olyan anyagforma, amely nagyon hasonlóan viselkedik.

Ha ez a hipotézis beigazolódik, az új kutatási irányokat nyithat meg, és potenciálisan fényt deríthet az univerzum egyik legnagyobb rejtélyére.

La Khe (a SciTech Daily szerint)

Forrás: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203