31 januari 2024
(Nanowerk NieuwsDe afgelopen anderhalf jaar heeft de James Webb-ruimtetelescoop verbazingwekkende beelden opgeleverd van verre sterrenstelsels die niet lang na de oerknal zijn gevormd, waardoor wetenschappers voor het eerst een glimp kregen van het jonge universum. Nu heeft een groep astrofysici de lat nog hoger gelegd: vind de kleinste, helderste sterrenstelsels aan het begin van de tijd zelf, anders zullen wetenschappers hun theorieën over donkere materie volledig moeten heroverwegen. Het team, onder leiding van astrofysici van de UCLA, voerde simulaties uit die de vorming van kleine sterrenstelsels na de oerknal volgen en omvatte voor het eerst eerder verwaarloosde interacties tussen gas en donkere materie. Ze ontdekten dat de gecreëerde sterrenstelsels heel klein en veel helderder zijn en zich sneller vormen dan in typische simulaties die geen rekening houden met deze interacties, maar veel zwakkere sterrenstelsels onthullen.
Men denkt dat de vroegste sterrenstelsels zijn ontstaan doordat de zwaartekracht van donkere materie, die onmogelijk direct te bestuderen was, langzaam genoeg waterstof en helium aantrok om sterren te ontsteken.
Maar nieuw onderzoek onder leiding van astrofysici van de UCLA toont aan dat waterstof- en heliumgas na de oerknal met supersonische snelheden tegen dichte, langzaam bewegende klonten koude donkere materie stuiterden. Toen het gas duizenden jaren later terugviel, ontstonden er in één keer sterren, waardoor kleine, uitzonderlijk heldere sterrenstelsels ontstonden.
Als modellen van koude donkere materie kloppen, zou de James Webb Ruimtetelescoop in staat moeten zijn om plekken van heldere sterrenstelsels in het vroege heelal te vinden, wat mogelijk de eerste effectieve test zou kunnen zijn voor theorieën over donkere materie. Als dat niet het geval is, moeten wetenschappers terug naar de tekentafel met donkere materie.
Een composiet van Stephan's Quintet, een visuele groepering van vijf sterrenstelsels, opgebouwd uit bijna 1,000 afzonderlijke beeldbestanden van de James Webb Space Telescope. Astrofysici van de UCLA zijn van mening dat als de theorieën over koude donkere materie kloppen, de Webb-telescoop kleine, heldere sterrenstelsels uit het vroege heelal zou moeten vinden. (Afbeelding: NASA) Kleine sterrenstelsels, ook wel dwergstelsels genoemd, zijn overal in het universum aanwezig en er wordt vaak gedacht dat ze het vroegste type sterrenstelsel vertegenwoordigen. Kleine sterrenstelsels zijn dus vooral interessant voor wetenschappers die de oorsprong van het heelal bestuderen. Maar de kleine sterrenstelsels die ze vinden, komen niet altijd overeen met wat ze denken te moeten vinden. Degenen die zich het dichtst bij de Melkweg bevinden, draaien sneller of zijn niet zo dicht als in simulaties, wat erop wijst dat de modellen mogelijk iets hebben weggelaten, zoals deze interacties tussen gas en donkere materie. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven (“Het supersonische project: het zwakke einde van de JWST UV-helderheidsfunctie verlichten”), verbetert de simulaties door interacties van donkere materie met gas toe te voegen en ontdekt dat deze zwakke sterrenstelsels mogelijk veel helderder zijn geweest dan verwacht in het begin van de geschiedenis van het universum, toen ze zich nog maar net begonnen te vormen. De auteurs suggereren dat wetenschappers moeten proberen kleine sterrenstelsels te vinden die veel helderder zijn dan verwacht met behulp van telescopen zoals de Webb-telescoop. Als ze alleen maar zwakke plekken vinden, kunnen sommige van hun ideeën over donkere materie verkeerd zijn.
Donkere materie is een soort hypothetische materie die geen interactie heeft met elektromagnetisme of licht. Het is dus onmogelijk om waar te nemen met behulp van optica, elektriciteit of magnetisme. Maar donkere materie heeft wel degelijk een wisselwerking met de zwaartekracht, en de aanwezigheid ervan is afgeleid uit de zwaartekrachteffecten die het heeft op gewone materie – het materiaal waaruit het hele waarneembare heelal bestaat. Ook al wordt aangenomen dat 84% van de materie in het heelal uit donkere materie bestaat, is dit nooit rechtstreeks gedetecteerd.
Alle sterrenstelsels zijn omgeven door een enorme halo van donkere materie, en wetenschappers denken dat donkere materie essentieel was voor hun vorming. Het ‘standaard kosmologische model’ dat astrofysici gebruiken om de vorming van sterrenstelsels te begrijpen, beschrijft hoe klontjes donkere materie in het zeer vroege heelal door de zwaartekracht gewone materie aantrokken, waardoor de vorming van sterren ontstond en de sterrenstelsels ontstonden die we vandaag de dag zien. Omdat men denkt dat de meeste donkere materiedeeltjes – koude donkere materie genoemd – veel langzamer bewegen dan de snelheid van het licht, zou dit accumulatieproces geleidelijk hebben plaatsgevonden.
Maar ruim 13 miljard jaar geleden, vóór de vorming van de eerste sterrenstelsels, bewogen gewone materie, bestaande uit waterstof- en heliumgas uit de oerknal, en donkere materie ten opzichte van elkaar. Het gas stroomde met supersonische snelheden langs dicht struikgewas van langzamer bewegende donkere materie, die het naar binnen had moeten trekken om sterrenstelsels te vormen.
“In modellen die geen rekening houden met streaming is dit precies wat er gebeurt”, zegt Claire Williams, een promovendus aan de UCLA en de eerste auteur van het artikel. “Gas wordt aangetrokken door de zwaartekracht van donkere materie, vormt klonten en knopen die zo dicht zijn dat waterstoffusie kan plaatsvinden, en vormt zo sterren zoals onze zon.” Maar Williams en co-auteurs van het Supersonic Project-team, een groep astrofysici uit de Verenigde Staten, Italië en Japan onder leiding van UCLA-professor natuurkunde en astronomie Smadar Naoz, ontdekten dat als ze het streamingeffect van verschillende snelheden tussen donkere en gewone materie zouden toevoegen aan Volgens de simulaties landde het gas ver weg van de donkere materie en kon het niet meteen sterren vormen. Toen het opgehoopte gas miljoenen jaren later terug in de Melkweg viel, vond er in één keer een enorme uitbarsting van stervorming plaats. Omdat deze sterrenstelsels een tijdlang veel meer jonge, hete, lichtgevende sterren hadden dan gewone kleine sterrenstelsels, straalden ze veel helderder.
“Terwijl de stromende stervorming in de kleinste sterrenstelsels werd onderdrukt, stimuleerde het ook de stervorming in dwergstelsels, waardoor deze de niet-stromende delen van het universum overtroffen”, aldus Williams. “Wij voorspellen dat de Webb-telescoop gebieden in het heelal zal kunnen vinden waar sterrenstelsels helderder zullen zijn, versterkt door deze snelheid. Het feit dat ze zo helder zouden moeten zijn, zou het voor de telescoop gemakkelijker kunnen maken om deze kleine sterrenstelsels te ontdekken, die doorgaans pas 375 miljoen jaar na de oerknal extreem moeilijk te detecteren zijn.” Omdat donkere materie onmogelijk rechtstreeks te bestuderen is, zou het zoeken naar heldere plekken in sterrenstelsels in het vroege heelal een effectieve test kunnen zijn voor theorieën over donkere materie, wat tot nu toe vruchteloos is geweest.
“De ontdekking van stukjes kleine, heldere sterrenstelsels in het vroege heelal zou bevestigen dat we op de goede weg zijn met het model van koude donkere materie, omdat alleen de snelheid tussen twee soorten materie het type sterrenstelsel kan voortbrengen waarnaar we op zoek zijn. ' zei Naoz, de Howard en Astrid Preston hoogleraar astrofysica.
Key Takeaways
Een composiet van Stephan's Quintet, een visuele groepering van vijf sterrenstelsels, opgebouwd uit bijna 1,000 afzonderlijke beeldbestanden van de James Webb Space Telescope. Astrofysici van de UCLA zijn van mening dat als de theorieën over koude donkere materie kloppen, de Webb-telescoop kleine, heldere sterrenstelsels uit het vroege heelal zou moeten vinden. (Afbeelding: NASA) Kleine sterrenstelsels, ook wel dwergstelsels genoemd, zijn overal in het universum aanwezig en er wordt vaak gedacht dat ze het vroegste type sterrenstelsel vertegenwoordigen. Kleine sterrenstelsels zijn dus vooral interessant voor wetenschappers die de oorsprong van het heelal bestuderen. Maar de kleine sterrenstelsels die ze vinden, komen niet altijd overeen met wat ze denken te moeten vinden. Degenen die zich het dichtst bij de Melkweg bevinden, draaien sneller of zijn niet zo dicht als in simulaties, wat erop wijst dat de modellen mogelijk iets hebben weggelaten, zoals deze interacties tussen gas en donkere materie. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven (“Het supersonische project: het zwakke einde van de JWST UV-helderheidsfunctie verlichten”), verbetert de simulaties door interacties van donkere materie met gas toe te voegen en ontdekt dat deze zwakke sterrenstelsels mogelijk veel helderder zijn geweest dan verwacht in het begin van de geschiedenis van het universum, toen ze zich nog maar net begonnen te vormen. De auteurs suggereren dat wetenschappers moeten proberen kleine sterrenstelsels te vinden die veel helderder zijn dan verwacht met behulp van telescopen zoals de Webb-telescoop. Als ze alleen maar zwakke plekken vinden, kunnen sommige van hun ideeën over donkere materie verkeerd zijn.
Donkere materie is een soort hypothetische materie die geen interactie heeft met elektromagnetisme of licht. Het is dus onmogelijk om waar te nemen met behulp van optica, elektriciteit of magnetisme. Maar donkere materie heeft wel degelijk een wisselwerking met de zwaartekracht, en de aanwezigheid ervan is afgeleid uit de zwaartekrachteffecten die het heeft op gewone materie – het materiaal waaruit het hele waarneembare heelal bestaat. Ook al wordt aangenomen dat 84% van de materie in het heelal uit donkere materie bestaat, is dit nooit rechtstreeks gedetecteerd.
Alle sterrenstelsels zijn omgeven door een enorme halo van donkere materie, en wetenschappers denken dat donkere materie essentieel was voor hun vorming. Het ‘standaard kosmologische model’ dat astrofysici gebruiken om de vorming van sterrenstelsels te begrijpen, beschrijft hoe klontjes donkere materie in het zeer vroege heelal door de zwaartekracht gewone materie aantrokken, waardoor de vorming van sterren ontstond en de sterrenstelsels ontstonden die we vandaag de dag zien. Omdat men denkt dat de meeste donkere materiedeeltjes – koude donkere materie genoemd – veel langzamer bewegen dan de snelheid van het licht, zou dit accumulatieproces geleidelijk hebben plaatsgevonden.
Maar ruim 13 miljard jaar geleden, vóór de vorming van de eerste sterrenstelsels, bewogen gewone materie, bestaande uit waterstof- en heliumgas uit de oerknal, en donkere materie ten opzichte van elkaar. Het gas stroomde met supersonische snelheden langs dicht struikgewas van langzamer bewegende donkere materie, die het naar binnen had moeten trekken om sterrenstelsels te vormen.
“In modellen die geen rekening houden met streaming is dit precies wat er gebeurt”, zegt Claire Williams, een promovendus aan de UCLA en de eerste auteur van het artikel. “Gas wordt aangetrokken door de zwaartekracht van donkere materie, vormt klonten en knopen die zo dicht zijn dat waterstoffusie kan plaatsvinden, en vormt zo sterren zoals onze zon.” Maar Williams en co-auteurs van het Supersonic Project-team, een groep astrofysici uit de Verenigde Staten, Italië en Japan onder leiding van UCLA-professor natuurkunde en astronomie Smadar Naoz, ontdekten dat als ze het streamingeffect van verschillende snelheden tussen donkere en gewone materie zouden toevoegen aan Volgens de simulaties landde het gas ver weg van de donkere materie en kon het niet meteen sterren vormen. Toen het opgehoopte gas miljoenen jaren later terug in de Melkweg viel, vond er in één keer een enorme uitbarsting van stervorming plaats. Omdat deze sterrenstelsels een tijdlang veel meer jonge, hete, lichtgevende sterren hadden dan gewone kleine sterrenstelsels, straalden ze veel helderder.
“Terwijl de stromende stervorming in de kleinste sterrenstelsels werd onderdrukt, stimuleerde het ook de stervorming in dwergstelsels, waardoor deze de niet-stromende delen van het universum overtroffen”, aldus Williams. “Wij voorspellen dat de Webb-telescoop gebieden in het heelal zal kunnen vinden waar sterrenstelsels helderder zullen zijn, versterkt door deze snelheid. Het feit dat ze zo helder zouden moeten zijn, zou het voor de telescoop gemakkelijker kunnen maken om deze kleine sterrenstelsels te ontdekken, die doorgaans pas 375 miljoen jaar na de oerknal extreem moeilijk te detecteren zijn.” Omdat donkere materie onmogelijk rechtstreeks te bestuderen is, zou het zoeken naar heldere plekken in sterrenstelsels in het vroege heelal een effectieve test kunnen zijn voor theorieën over donkere materie, wat tot nu toe vruchteloos is geweest.
“De ontdekking van stukjes kleine, heldere sterrenstelsels in het vroege heelal zou bevestigen dat we op de goede weg zijn met het model van koude donkere materie, omdat alleen de snelheid tussen twee soorten materie het type sterrenstelsel kan voortbrengen waarnaar we op zoek zijn. ' zei Naoz, de Howard en Astrid Preston hoogleraar astrofysica.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64556.php
