Hoe kunnen sterren ons helpen donkere materie te vinden?

Astronomen zoeken naar donkere materie door de lintachtige overblijfselen van dode sterrenstelsels

Op de ochtend van 24 november ontving assistent-professor Ting Li van de afdeling Astronomie en Astrofysica van de Universiteit van Toronto de Dorothy Schuichette Women's College of Science Award of Excellence 2023. Later die avond gaf ze een Star Talk, een serie gepresenteerd door de Society for Astronomy and Astronomy Space University of Texas, getiteld ‘Navigating Stellar Streams: Uncovering the Hidden Secrets of the Milky Way’.

Ik was zenuwachtig om in die collegezaal te zijn. Ik heb al zes jaar geen lezing over astrofysica meer bezocht. Gelukkig was het gesprek gemakkelijk voor mensen zonder natuurkundeachtergrond.

Donkere materie zien in de Melkweg

Grote afbeeldingen en diagrammen begeleidden mijn lezing. Eén ervan was een simulatie van een kaart van de dichtheid van donkere materie in de Melkweg, een spiraalstelsel of een enorme verzameling sterren, stof en gas in de vorm van een draaiend vuurrad. Over het algemeen zijn dichtheidskaarten kaarten van een gebied aan de hemel waar lichtere delen van het gebied hoge clusters of hoge dichtheid aangeven van welk materiaal wetenschappers ook meten, en donkere gebieden verspreid materiaal in een bepaald gebied aangeven.

Donkere materie is volgens NASA een onbekende stof Het maakt ongeveer 27% uit van ons universum Het is geen zichtbare of gewone materie. Donkere materie heeft een massa die het licht van de achterliggende sterrenstelsels kan afbuigen. De mate waarin deze massa licht afbuigt, helpt astronomen dichtheidskaarten van donkere materie te maken.

Aan de andere kant is de sterrendichtheidskaart van de Melkweg – waar de aarde zich bevindt – een dichtheidskaart die zal helpen bij het modelleren van de verspreiding van sterren in de Melkweg, evenals de structuur van de vortexarmen van onze Melkweg.

Deze dichtheidskaarten laten veel zien. De schijf van de Melkweg is omgeven door een gigantische bolvormige halo van donkere materie die bekend staat als de hoofdhalo, en eromheen draaien vele kleinere, compactere clusters van donkere materie die bekend staan ​​als subhalo's. Subhalo's die groot genoeg zijn en voldoende gas bevatten, kunnen sterren en dwergstelsels creëren die kleiner zijn dan de Melkweg.

Dwergstelsels, zoals de Grote en Kleine Magelhaense Wolken, kunnen als satellietstelsels in een baan om de Melkweg draaien. Satellietstelsels zijn in essentie sterrenstelsels die rond andere sterrenstelsels draaien, zoals planeten die om de zon draaien.

Als satellietstelsels te dicht bij de Melkweg komen, kunnen ze eindigen als lintachtige structuren die sterstromen worden genoemd. Deze stromen zijn de overblijfselen van sterrenstelsels en sterrenhopen die door de zwaartekracht van de Melkweg uit elkaar zijn gescheurd en nu bestaan ​​als lineaire verzamelingen van individuele sterren, lidsterren genoemd.

Stellaire streams en hoe je ze kunt vinden

Het belang van stellaire stromen ligt in hun vermogen om vragen over de massa en vorm van de Melkweg te beantwoorden. Stellaire stromen kunnen helpen begrijpen hoeveel massa donkere materie zich in onze Melkweg bevindt en hoe deze de Melkweg beïnvloedt.

Terwijl ongeveer een derde van het heelal uit donkere materie bestaat, Het grootste deel van de Melkweg bestaat uit donkere materie. Het vinden van donkere materie zou ons helpen het gewicht van een sterrenstelsel te begrijpen en dit zou op zijn beurt helpen bij het beantwoorden van kosmologische vragen, vooral over de evolutie van sterrenstelsels.

Lee gebruikte de analogie van kerstverlichting om de rol van sterrenstromen te illustreren. Net zoals de vorm van kerstverlichting aan een boom in het donker een idee kan geven van de vorm van de boom, dienen sterrenstromen als zichtbaar materiaal dat ons kan helpen de massaverdeling van de Melkweg af te leiden.

Astronomen gebruiken hemelonderzoeken om sterrenstromen te detecteren. Met krachtige camera's fotograferen ze meerdere keren de hemel om gegevens over de sterren te verzamelen, zoals hun helderheid en locatie. Kaarten van de sterrendichtheid, gemaakt door krachtige camera's, worden gebruikt om de ledensterren in kaart te brengen en vervolgens sterrenstromen te detecteren.

Astronomen hebben het geweten Stellaire stromen bestaan ​​sinds 1994Onderzoek naar sterstromingen heeft de afgelopen twintig jaar een aanzienlijke stijging gekend als gevolg van opkomende onderzoeken. Eén reden voor deze sterke toename van ontdekkingen is de ontwikkeling van gigantische telescopische camera's met een diameter van minstens een meter. De specifieke camera die hij tegen mij noemde is Donkere energiecameraonderdeel van een viermetertelescoop van het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili.

Ruimtesatellieten zoals Gaia En Gigantische Magellan-telescoop Het hielp ook de weg vrij te maken voor de ontdekking van meer stellaire stromen. Gaia is een ruimtevaartuig met als belangrijkste missie het creëren van een nauwkeurige 3D-kaart van meer dan miljard sterren in onze Melkweg en daarbuiten. Volgens het Smithsonian Astrophysical Observatory zal de Giant Magellan Telescope de telescoop van de wereld zijn De grootste en krachtigste telescoop zal naar verwachting in 2029 operationeel zijn.

Kant-en-klaar maaltijden

Ik besefte dat ik de hele lezing tegen het bureau had geleund. Ik logeerde bij professor Lee, die me vertelde dat het mooi is om iets te ontdekken dat je nooit had willen ontdekken.

Angst had tegen die tijd mijn zenuwen vervangen. Ik vond een hele wereld waar ik niets vanaf wist, waaronder ontdekkingen, mensen en hele entiteiten die veel meer zijn dan op het eerste gezicht lijkt.