Oppdagelsen av en «mørk dverg» kan åpne døren for å avkode mysteriet med mørk materie

DNVN – En nylig publisert studie viser at mystiske «mørke dverger» kan gi viktige ledetråder, som bidrar til å avklare den sanne naturen til mørk materie – et av de største mysteriene i moderne kosmologi.

En foreslått ny klasse av stjerneobjekter, kalt mørke dverger, kan lurke i sentrum av galaksen vår. Disse svake stjernene med lav masse kan være drevet ikke av kjernefusjon, men av utslettelsen av mørke materiepartikler, noe som kan avsløre den unnvikende naturen til et av universets største mysterier. (Kunstnerens konsept). Kilde: SciTechDaily.

Publisert i Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, introduserte forskerteamet fra Storbritannia og Hawaii konseptet med mørke dverger og beskrev hvordan mennesker kan oppdage dem ved hjelp av eksisterende instrumenter, inkludert James Webb-romteleskopet. Navnet «mørke dverger» er ikke fordi de er iboende mørke, men fordi de er nært knyttet til mørk materie – en materie som fortsatt er kjernen i astrofysikk og kosmologi i dag.

«Vi tror at 25 % av universet består av en type materie som ikke sender ut lys, noe som gjør den usynlig for det blotte øye og teleskoper. Vi kan bare oppdage den gjennom gravitasjonseffektene. Det er derfor vi kaller den mørk materie», forklarte medforfatter av studien, professor Jeremy Sakstein ved University of Hawaii.

Selv om eksistensen av mørk materie er bekreftet og forskere har observert dens oppførsel, er dens sanne natur fortsatt et mysterium. I løpet av de siste 50 årene har mange hypoteser blitt fremmet, men ingen har blitt støttet av sterke eksperimentelle data. Studier som denne tar sikte på å gi praktiske metoder for å komme nærmere et endelig svar.

Blant de ledende kandidatene for mørk materie er svakt vekselvirkende massive partikler (WIMP-er) – partikler med ekstremt store masser som vekselvirker svært svakt med vanlig materie. De passerer gjennom alt nesten uoppdaget, sender ikke ut lys, påvirkes ikke av elektromagnetiske krefter, og reflekterer derfor ikke lys og forblir usynlige. WIMP-er kan bare oppdages indirekte gjennom sin gravitasjonspåvirkning. Dette er også den typen mørk materie som er nødvendig for eksistensen av mørke dverger.

Illustrasjon av en svart dverg. Kilde: Bilde laget av Sissa Medialab-staben ved hjelp av Adobe Illustrator

«Mørk materie kan samhandle med gravitasjonskraften, slik at den blir fanget av stjerner og akkumuleres inni dem. Når det skjer, kan den samhandle med seg selv og utslette seg selv, og frigjøre energi som varmer opp stjernen», forklarer Sakstein.

Vanlige stjerner, som solen, skinner gjennom kjernefusjon i kjernen sin, når de er massive nok til at tyngdekraften kan komprimere materie til det punktet hvor den utløser reaksjoner mellom atomkjerner, og frigjør enorme mengder energi som vi ser som lys. Mørke dverger, derimot, skinner også, men ikke gjennom kjernefusjon.

«Mørke dverger er svært små, bare omtrent 8 prosent av solens masse», sa Sakstein. Slike lave masser er ikke nok til å starte fusjonsreaksjoner. Så disse objektene, selv om de er vanlige i universet, sender vanligvis bare ut en svak glød fra energien som genereres av deres lille gravitasjonskollaps, og kalles brune dverger.

Men når de finnes i områder rike på mørk materie, som for eksempel Melkeveiens sentrum, kan brune dverger transformere seg til andre former. «Disse objektene samler mørk materie, noe som gjør dem til mørke dverger», understreket Sakstein. «Jo mer mørk materie rundt dem, desto mer samler de. Og jo mer mørk materie de akkumulerer, desto mer energi kan de generere fra utslettelsen sin.»

Men alle disse teoriene fungerer bare for en bestemt type mørk materie. «For at mørke dverger skal eksistere, må mørk materie være laget av WIMP-er, eller andre massive partikler som kan samhandle med seg selv for å skape synlig materie», sa Sakstein. Andre teorier, som aksioner, sterile nøytrinoer eller svake ultralette partikler, er for lette til å produsere den ønskede effekten. Bare massive partikler som kan samhandle og utslettes til synlig energi, ville gi nok energi til mørke dverger.

Men for at denne hypotesen skal være gyldig, trengs det en spesifikk metode for å identifisere mørke dverger. Så Sakstein og kollegene hans foreslår en signatur: Litium-7. Dette er et grunnstoff som brenner veldig raskt i normale stjerner og raskt forsvinner. «Hvis du finner et objekt som ser ut som en mørk dverg, kan du se etter spor av litium-7. Hvis det fortsatt er der, kan det ikke være en brun dverg eller noe sånt», forklarer Sakstein.

Moderne instrumenter som James Webb-romteleskopet antas å kunne oppdage ekstremt kalde objekter som mørke dverger. Sakstein foreslår en annen tilnærming: «Et annet alternativ er å se på hele populasjonen og deretter spørre statistisk om en ekstra populasjon av mørke dverger bør inkluderes for å bedre karakterisere den.»

Hvis forskere identifiserer én eller flere mørke dverger i løpet av de kommende årene, vil det være nok til å støtte hypotesen om at mørk materie består av WIMP-er? «Ganske sterkt», svarte Sakstein. «Med lette mørk materie-kandidater, som aksioner, tror jeg ikke vi vil finne noe som ser ut som en mørk dverg. De akkumuleres ikke inne i stjerner. Hvis vi finner mørke dverger, ville det være sterke bevis på at mørk materie er massiv og samhandler sterkt med seg selv, men bare svakt med standardmodellen. Dette inkluderer WIMP-er og noen andre eksotiske modeller.»

Han bemerket imidlertid også at oppdagelsen av mørke dverger ikke nødvendigvis betyr at mørk materie er en WIMP, men det kan være en WIMP eller en annen form for materie som oppfører seg omtrent som en WIMP.

Hvis denne hypotesen blir bekreftet, vil det åpne for nye forskningsretninger, og potensielt kaste lys over et av universets største mysterier.

La Khe (ifølge SciTech Daily)

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