Mörk materia är ett spöklikt ämne som astronomer har misslyckats med att upptäcka i årtionden, men som vi vet har ett enormt inflytande på normal materia i universum, som stjärnor och galaxer. Genom den massiva gravitationskraften den utövar på galaxer, snurrar den upp dem, ger dem en extra push längs deras banor eller till och med sliter isär dem.

Som en kosmisk karnevalsspegel böjer den också ljuset från avlägsna föremål för att skapa förvrängda eller flera bilder, en process som kallas gravitationslinsning.

Och senaste forskningen antyder att det kan skapa ännu mer drama än så här, genom att producera stjärnor som exploderar.

Trots all förödelse det spelar med galaxer, är inte mycket känt om huruvida mörk materia kan interagera med sig själv, annat än genom gravitationen. Om den upplever andra krafter måste de vara mycket svaga, annars hade de blivit mätta.

En möjlig kandidat för en mörk materia partikel, som består av en hypotetisk klass av svagt interagerande massiva partiklar (eller WIMPs), har studerats intensivt, hittills utan några observationsbevis.

Nyligen har andra typer av partiklar, också svagt interagerande men extremt lätta, blivit i fokus. Dessa partiklar kallas axioner, var först föreslog i slutet av 1970-talet till lösa ett kvantproblem, men de kan också passa för mörk materia.

Till skillnad från WIMPs, som inte kan "klistra" ihop för att bilda små föremål, kan axioner göra det. Eftersom de är så lätta, skulle ett stort antal axioner behöva stå för all mörk materia, vilket innebär att de måste klämmas ihop. Men eftersom de är en typ av subatomära partiklar som kallas en boson, de har inget emot det.

Faktum är att beräkningar visar att axioner kan packas så tätt att de börjar bete sig konstigt - kollektivt agera som en våg - enligt kvantmekanikens regler, teorin som styr mikrovärlden av atomer och partiklar. Detta tillstånd kallas a Bose-Einstein kondensat, och det kan, oväntat, låt axioner bilda "stjärnor" av sina egna.

Detta skulle hända när vågen rör sig på egen hand och bildar vad fysiker kallar en "soliton", som är en lokaliserad energiklump som kan röra sig utan att förvrängas eller spridas. Detta ses ofta på jorden i virvlar och virvlar, eller bubbelringarna som delfiner njuta under vattnet.

Smakämnen ny studie ger beräkningar som visar att sådana solitoner skulle sluta växa i storlek och bli en stjärna, liknande eller större än en normal stjärna. Men till slut blir de instabila och exploderar.

Energin som frigörs från en sådan explosion (kallad "bosenova") skulle konkurrera med en supernova (en exploderande normal stjärna). Med tanke på att mörk materia vida överväger den synliga materien i universum, skulle detta säkert lämna ett tecken i våra observationer av himlen. Vi har ännu inte hittat sådana ärr, men den nya studien ger oss något att leta efter.

Ett observationstest

Smakämnen forskare bakom studien säga att den omgivande gasen, gjord av normal materia, skulle absorbera denna extra energi från explosionen och avge en del av den tillbaka. Eftersom det mesta av denna gas är gjord av väte, vet vi att detta ljus bör finnas i radiofrekvenser.

Spännande nog framtida observationer med Kvadratkilometer Array radioteleskopet kanske kan plocka upp det.

Så även om fyrverkerier från mörka stjärnexplosioner kan vara dolda från vår syn, kanske vi kan hitta deras efterdyningar i den synliga materien. Det som är bra med det här är att en sådan upptäckt skulle hjälpa oss att ta reda på vad mörk materia faktiskt är gjord av – i det här fallet, troligen axioner.

Vad händer om observationer inte upptäcker den förutsagda signalen? Det kommer förmodligen inte att utesluta denna teori helt, eftersom andra "axionsliknande" partiklar fortfarande är möjliga. Ett misslyckande med detektering kan dock tyda på att massorna av dessa partiklar är mycket olika, eller att de inte kopplar ihop med strålning så starkt som vi trodde.

Detta har faktiskt hänt tidigare. Ursprungligen trodde man att axioner skulle koppla ihop så starkt att de skulle kunna kyla gasen inuti stjärnor. Men eftersom modeller för stjärnkylning visade att stjärnor var bra utan denna mekanism, måste axionkopplingsstyrkan vara lägre än vad som ursprungligen antogs.

Naturligtvis finns det ingen garanti för att mörk materia är gjord av axioner. WIMPs är fortfarande utmanare i detta lopp, och det finns andra också.

Vissa studier tyder för övrigt på att WIMP-liknande mörk materia kan också bilda "mörka stjärnor". I det här fallet skulle stjärnorna fortfarande vara normala (gjorda av väte och helium), med mörk materia som bara driver dem.

Dessa WIMP-drivna mörka stjärnor förutspås vara supermassiva och bara leva en kort tid i det tidiga universum. Men de kunde observeras av rymdteleskopet James Webb. En färsk studie har hävdat tre sådana upptäckter, även om juryn fortfarande är ute på om det verkligen är fallet.

Ändå växer spänningen kring axioner, och det finns många planer på att upptäcka dem. Till exempel förväntas axioner att omvandla till fotoner när de passerar genom ett magnetfält, så observationer av fotoner med en viss energi riktar sig mot stjärnor med magnetfält, såsom neutronstjärnor, eller till och med solen.

På den teoretiska fronten finns det försök att förfina förutsägelserna för hur universum skulle se ut med olika typer av mörk materia. Till exempel kan axioner särskiljas från WIMPs förresten de böjer ljuset genom gravitationslinser.

Med bättre observationer och teorier hoppas vi att mysteriet med mörk materia snart kommer att låsas upp.

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Image Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2024/03/25/dark-stars-dark-matter-may-form-exploding-stars-finding-them-could-help-reveal-what-its-made-of/