Donkere materie voedde de eerste sterren in het universum – nieuwe studie

Donkere materie niet echt doen veel van alles in het huidige universum. Maar in de begindagen van de kosmos waren er mogelijk donkere materie met een dichtheid die zo hoog was dat ze een warmtebron vormden voor nieuw gevormde sterren. Welkom in de vreemde en wonderlijke wereld van ‘donkere sterren’.

Een dans van donkere materie

De eenvoudigste modellen van donkere materie zijn ongelooflijk saai. Het is gewoon… zit daar, aangetrokken. We weten alleen van zijn bestaan ​​​​door zijn subtiele zwaartekrachtinvloed op sterrenstelsels en grotere structuren in het universum. Het heeft geen interactie met licht, met gewone materie, of zelfs niet met zichzelf. Op dit moment zwem je misschien in een enorme zee van donkere materiedeeltjes, en je zou het niet eens weten.

Maar dit simplistische beeld van donkere materie heeft een paar problemen. Wanneer astrofysici computersimulaties uitvoeren van de vorming van sterrenstelsels, inclusief donkere materie, ontdekken ze dat als de donkere materiedeeltjes te saai zijn, het niet helemaal overeenkomt met de werkelijkheid. De kernen van sterrenstelsels worden veel dichter dan we waarnemen, en typische sterrenstelsels hebben veel te veel satellieten dan we zien.

Dus misschien is donkere materie gewoon een beetje ingewikkeld. Misschien heeft het nog steeds geen interactie met licht of met gewone materie, maar misschien interageert het soms met zichzelf. Die zelfinteractie kan niet te sterk zijn; anders zou de donkere materie echter zijn samengeklonterd tot kleine balletjes of zichzelf allang hebben vernietigd.

Deze “interactie, maar niet erg veel”-hypothese maakt het voor astronomen een uitdaging om manieren te bedenken om het scenario te testen. Gelukkig zijn astronomen erg slimme mensen.

Dark Matter: The Young and the Darkness

Het extreem vroege heelal, toen het nog maar een paar honderd miljoen jaar oud was, was heel anders dan nu. Ten eerste was het een stuk dichter, met al het materiaal van de kosmos in een veel kleiner volume gepropt. Ten tweede was het een stuk donkerder omdat er nog geen sterren en sterrenstelsels waren gevormd.

Destijds bestond het universum uit donkere materie (wat het ook is) en neutraal waterstof en helium. Langzaam, in de loop van eonen, begon al dat materiaal door de zwaartekracht in te storten en steeds grotere structuren te vormen. De eerste protosterren begonnen als dichte klonten die niet groter waren dan een duizendste van de grootte van de zon. In het traditionele beeld van de vorming van de eerste sterren, groeiden die klonten gestaag tot kolossen die honderd keer zo groot waren als de zon, aangedreven door kernfusie in hun kernen.

Vroege sterren waren uitsluitend gemaakt van waterstof en helium. Wetenschapsteam NASA/WMAP

Maar een team van astrofysici heeft zich gerealiseerd dat het traditionele verhaal misschien anders is, zoals ze meldden in een nieuw artikel dat onlangs in het preprint-tijdschrift verscheen arXiv. Als donkere materie met zichzelf interageert, dan laten de donkere materiedeeltjes een klein beetje energie vrij wanneer ze botsen. Elke botsing levert niet veel op, maar in de begindagen van het universum hadden de plaatsen van stervorming misschien een voldoende hoge dichtheid om de vernietiging van donkere materie een belangrijke rol te laten spelen.

In dit scenario worden de eerste sterren niet aangedreven door kernfusie, maar in plaats daarvan door donkere materie in hun kernen te vernietigen. Het onderzoeksteam noemt ze ‘donkere sterren’, hoewel de sterren zelf nog steeds grotendeels uit normale materie bestaan. Deze sterren bestaan ​​niet in het moderne universum omdat de dichtheid van donkere materie te laag is, dus we kunnen ze tegenwoordig niet in de melkweg zien.

Maar de onderzoekers hopen dat de James Webb-ruimtetelescoop, speciaal ontworpen om het vroege heelal en de vorming van de eerste sterren te bestuderen, deze donkere sterren mogelijk rechtstreeks kan zien.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Universum vandaag door Paul M. Sutter. Lees hier het originele artikel.

Leave a Reply

Your email address will not be published.