Upptäckten av "mörk dvärg" kan öppna dörren för att avkoda mysteriet med mörk materia

DNVN - En nyligen publicerad studie visar att mystiska "mörka dvärgar" kan ge viktiga ledtrådar som bidrar till att klargöra den sanna naturen hos mörk materian – ett av den moderna kosmologins största mysterier.

En föreslagen ny klass av stjärnobjekt, kallade mörka dvärgar, kan lura i centrum av vår galax. Dessa svaga stjärnor med låg massa kan drivas inte av kärnfusion, utan av förintelsen av mörka materiapartiklar, vilket skulle kunna avslöja den svårfångade naturen hos ett av universums största mysterier. (Konstnärens koncept). Källa: SciTechDaily.

Forskargruppen från Storbritannien och Hawaii, som publicerades i Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, introducerade konceptet med mörka dvärgar och beskrev hur människor kan upptäcka dem med hjälp av befintliga instrument, inklusive James Webb Space Telescope. Namnet "mörka dvärgar" beror inte på att de är i sig mörka, utan på att de är intimt kopplade till mörk materia – en materia som fortfarande är kärnan i astrofysik och kosmologi än idag.

”Vi tror att 25 % av universum består av en typ av materia som inte avger ljus, vilket gör den osynlig för blotta ögat och teleskop. Vi kan bara upptäcka den genom dess gravitationseffekter. Det är därför vi kallar den mörk materia”, förklarade studiens medförfattare professor Jeremy Sakstein vid University of Hawaii.

Även om existensen av mörk materia har bekräftats och forskare har observerat dess beteende, förblir dess sanna natur ett mysterium. Under de senaste 50 åren har många hypoteser föreslagits, men ingen har fått stöd av starka experimentella data. Studier som denna syftar till att ge praktiska metoder för att komma närmare ett slutgiltigt svar.

Bland de ledande kandidaterna för mörk materia finns svagt växelverkande massiva partiklar (WIMP) – partiklar med extremt stora massor som växelverkar mycket svagt med vanlig materia. De passerar nästan oupptäckta genom allt, avger inte ljus, påverkas inte av elektromagnetiska krafter och reflekterar därför inte ljus och förblir osynliga. WIMP kan endast detekteras indirekt genom sin gravitationella inverkan. Detta är också den typ av mörk materia som är nödvändig för existensen av mörka dvärgar.

Illustration av en svart dvärg. Källa: Bild skapad av Sissa Medialab-personal med Adobe Illustrator.

”Mörk materia kan interagera gravitationellt, så den fångas av stjärnor och ackumuleras inuti dem. När det händer kan den interagera med sig själv och förinta sig själv, vilket frigör energi som värmer upp stjärnan”, förklarar Sakstein.

Vanliga stjärnor, som solen, lyser genom kärnfusion i sina kärnor, när de är tillräckligt massiva för att gravitationen ska komprimera materia till den punkt där den utlöser reaktioner mellan atomkärnor, vilket frigör enorma mängder energi som vi ser som ljus. Mörka dvärgar, å andra sidan, lyser också, men inte genom kärnfusion.

”Mörka dvärgar är mycket små, bara ungefär 8 procent av solens massa”, sa Sakstein. Sådana låga massor är inte tillräckliga för att starta fusionsreaktioner. Så dessa objekt, även om de är vanliga i universum, avger vanligtvis bara ett svagt sken från den energi som genereras av deras lilla gravitationella kollaps, och kallas bruna dvärgar.

Men när de existerar i områden rika på mörk materia, såsom Vintergatans centrum, kan bruna dvärgar omvandlas till andra former. ”Dessa objekt samlar på sig mörk materia, vilket gör dem till mörka dvärgar”, betonade Sakstein. ”Ju mer mörk materia runt omkring dem, desto mer samlar de på sig. Och ju mer mörk materia de ackumulerar, desto mer energi kan de generera från sin förintelse.”

Men alla dessa teorier fungerar bara för en viss typ av mörk materia. ”För att mörka dvärgar ska existera måste mörk materia bestå av WIMP:er, eller andra massiva partiklar som kan interagera med sig själva för att skapa synlig materia”, sa Sakstein. Andra teorier, såsom axioner, sterila neutriner eller svaga ultralätta partiklar, är för lätta för att producera den önskade effekten. Endast massiva partiklar som kan interagera och förintas till synlig energi skulle ge tillräckligt med energi för mörka dvärgar.

Men för att denna hypotes ska vara giltig behövs en specifik metod för att identifiera mörka dvärgar. Så Sakstein och hans kollegor föreslår en signatur: Litium-7. Detta är ett grundämne som brinner mycket snabbt i normala stjärnor och snabbt försvinner. ”Om du hittar ett objekt som ser ut som en mörk dvärg kan du kontrollera om det finns spår av litium-7. Om det fortfarande finns där kan det inte vara en brun dvärg eller något liknande”, förklarar Sakstein.

Moderna instrument som James Webb-rymdteleskopet tros kunna upptäcka extremt kalla objekt som mörka dvärgar. Sakstein föreslår en annan metod: ”Ett annat alternativ är att titta på hela populationen och sedan fråga statistiskt om en ytterligare population av mörka dvärgar bör inkluderas för att bättre karakterisera den.”

Om forskare identifierar en eller flera mörka dvärgar under de kommande åren, kommer det att räcka för att stödja hypotesen att mörk materia består av mörka dvärgar? ”Ganska starkt”, svarade Sakstein. ”Med ljusa mörka materia-kandidater, som axioner, tror jag inte att vi kommer att hitta något som ser ut som en mörk dvärg. De ackumuleras inte inuti stjärnor. Om vi ​​hittar mörka dvärgar skulle det vara starka bevis på att mörk materia är massiv och interagerar starkt med sig själv men bara svagt med standardmodellen. Detta inkluderar mörka dvärgar och några andra exotiska modeller.”

Han noterade dock också att upptäckten av mörka dvärgar inte nödvändigtvis betyder att mörk materia är en WIMP, men det kan vara en WIMP eller en annan form av materia som beter sig nära som en WIMP.

Om denna hypotes bekräftas skulle det öppna upp för nya forskningsriktningar och potentiellt kasta ljus över ett av universums största mysterier.

La Khe (enligt SciTech Daily)

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