Ontdekking van 'donkere dwerg' kan de deur openen naar het ontcijferen van het mysterie van donkere materie

DNVN - Een onlangs gepubliceerd onderzoek toont aan dat mysterieuze “donkere dwergen” belangrijke aanwijzingen kunnen bieden en kunnen bijdragen aan het verhelderen van de ware aard van donkere materie – een van de grootste mysteries van de moderne kosmologie.

Een voorgestelde nieuwe klasse van stellaire objecten, donkere dwergen genaamd, schuilt mogelijk in het centrum van ons sterrenstelsel. Deze zwakke, lichte sterren worden mogelijk niet door kernfusie aangestuurd, maar door de vernietiging van donkere materiedeeltjes. Dit zou de ongrijpbare aard van een van de grootste mysteries van het universum kunnen onthullen. (Illustratie van een kunstenaar). Bron: SciTechDaily.

In een publicatie in het Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics introduceerde een team van onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk en Hawaï het concept van donkere dwergen en beschreef hoe mensen deze kunnen detecteren met behulp van bestaande instrumenten, waaronder de James Webb-ruimtetelescoop. De naam "donkere dwergen" is niet afgeleid van het feit dat ze van nature donker zijn, maar van het feit dat ze nauw verbonden zijn met donkere materie – een materie die nog steeds centraal staat in de astrofysica en kosmologie.

"We denken dat 25% van het heelal bestaat uit een soort materie die geen licht uitzendt, waardoor het onzichtbaar is voor het blote oog en telescopen. We kunnen het alleen waarnemen via de zwaartekracht. Daarom noemen we het donkere materie", legt co-auteur van de studie, professor Jeremy Sakstein van de Universiteit van Hawaï, uit.

Hoewel het bestaan ​​van donkere materie is bevestigd en wetenschappers het gedrag ervan hebben geobserveerd, blijft de ware aard ervan een mysterie. In de afgelopen 50 jaar zijn er talloze hypothesen geopperd, maar geen enkele werd ondersteund door solide experimentele gegevens. Studies zoals deze zijn erop gericht praktische methoden te bieden om dichter bij een definitief antwoord te komen.

Tot de belangrijkste kandidaten voor donkere materie behoren Weakly Interacting Massive Particles (WIMP's) – deeltjes met extreem grote massa's die zeer zwak interageren met gewone materie. Ze passeren vrijwel onopgemerkt alles, zenden geen licht uit, worden niet beïnvloed door elektromagnetische krachten, reflecteren daarom geen licht en blijven onzichtbaar. WIMP's kunnen alleen indirect worden gedetecteerd via hun zwaartekracht. Dit is ook het type donkere materie dat nodig is voor het bestaan ​​van donkere dwergen.

Illustratie van een zwarte dwerg. Bron: Afbeelding gemaakt door Sissa Medialab-medewerkers met behulp van Adobe Illustrator.

"Donkere materie kan door zwaartekracht interacteren, waardoor het door sterren wordt gevangen en zich daarin ophoopt. Wanneer dat gebeurt, kan het met zichzelf interacteren en zichzelf vernietigen, waarbij energie vrijkomt die de ster verwarmt", legt Sakstein uit.

Normale sterren, zoals de zon, schijnen door kernfusie in hun kern. Deze sterren zijn dan zo zwaar dat de zwaartekracht materie zo ver kan comprimeren dat er reacties tussen atoomkernen ontstaan, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen die we als licht waarnemen. Donkere dwergen daarentegen schijnen ook, maar niet door kernfusie.

"Donkere dwergen zijn erg klein, slechts ongeveer 8 procent van de massa van de zon", aldus Sakstein. Zulke lage massa's zijn niet voldoende om kernfusiereacties op gang te brengen. Hoewel deze objecten veel voorkomen in het heelal, zenden ze meestal slechts een zwakke gloed uit door de energie die vrijkomt bij hun kleine gravitationele ineenstorting. Ze worden dan ook bruine dwergen genoemd.

Wanneer ze zich echter in gebieden bevinden die rijk zijn aan donkere materie, zoals het centrum van de Melkweg, kunnen bruine dwergen transformeren tot andere vormen. "Deze objecten verzamelen donkere materie, waardoor ze donkere dwergen worden", benadrukte Sakstein. "Hoe meer donkere materie om hen heen, hoe meer ze verzamelen. En hoe meer donkere materie ze verzamelen, hoe meer energie ze kunnen genereren uit hun vernietiging."

Maar al deze theorieën werken alleen voor een bepaald type donkere materie. "Om donkere dwergen te laten bestaan, moet donkere materie bestaan ​​uit WIMP's, oftewel massieve deeltjes die met zichzelf kunnen interacteren om zichtbare materie te creëren", aldus Sakstein. Andere theorieën, zoals axionen, steriele neutrino's of zwakke ultralichte deeltjes, zijn te licht om het gewenste effect te bereiken. Alleen massieve deeltjes die kunnen interacteren en annihileren tot zichtbare energie, zouden voldoende energie leveren voor donkere dwergen.

Maar om deze hypothese te valideren, is een specifieke methode nodig om donkere dwergen te identificeren. Daarom stellen Sakstein en zijn collega's een signatuur voor: Lithium-7. Dit is een element dat zeer snel opbrandt in normale sterren en snel verdwijnt. "Als je een object vindt dat op een donkere dwerg lijkt, kun je controleren op sporen van Lithium-7. Als het er nog steeds is, kan het geen bruine dwerg of zoiets zijn", legt Sakstein uit.

Moderne instrumenten zoals de James Webb-ruimtetelescoop zouden extreem koude objecten zoals donkere dwergen kunnen detecteren. Sakstein suggereert een andere aanpak: "Een andere optie is om naar de hele populatie te kijken en vervolgens statistisch te vragen of er een extra populatie donkere dwergen moet worden opgenomen om deze beter te karakteriseren."

Als wetenschappers de komende jaren een of meer donkere dwergen identificeren, is dat dan voldoende om de hypothese te ondersteunen dat donkere materie uit WIMP's bestaat? "Zeker," antwoordde Sakstein. "Bij kandidaten voor lichte donkere materie, zoals axionen, denk ik niet dat we iets zullen vinden dat op een donkere dwerg lijkt. Ze hopen zich niet op in sterren. Als we donkere dwergen vinden, zou dat sterk bewijs zijn dat donkere materie zwaar is en sterk met zichzelf interageert, maar slechts zwak met het standaardmodel. Dit omvat WIMP's en enkele andere exotische modellen."

Hij merkte echter ook op dat de ontdekking van donkere dwergen niet per se betekent dat donkere materie een WIMP is, maar dat het een WIMP zou kunnen zijn of een andere vorm van materie die zich grotendeels gedraagt ​​als een WIMP.

Als deze hypothese wordt bevestigd, opent dat de deur voor nieuwe onderzoeksrichtingen en kan het mogelijk licht werpen op een van de grootste mysteries van het heelal.

La Khe (volgens SciTech Daily)

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