Observationer af fusioner af dværggalakser ved hjælp af det kredsende gravitationelle observatorium LISA vil hjælpe astronomer med at forstå, om der findes tungt mørkt stof, og hvilke egenskaber det har. Artiklen fra teoretiske fysikere blev offentliggjort i astrofysiske tidsskriftsbreve.
”Vi har vist, at hyppigheden af fusioner mellem dværggalakser og sorte huller i deres centre vil afhænge direkte af, hvor meget mørkt stof der findes i dem. I dag mener teoretikere, at der burde være meget af det, hvorfor vi i lang tid havde mistanke om, at det ville påvirke deres kosmologiske egenskaber,”sagde Lucio Mayer fra Zürichs universitet (Schweiz).
Trådene i universet
I lang tid troede forskere, at universet består af det stof, vi ser, og som danner grundlaget for alle stjerner, sorte huller, tåger, støvklynger og planeter. Men de første observationer af stjernens hastighed i nærliggende galakser viste, at stjernerne i udkanten bevæger sig med en umulig høj hastighed, cirka ti gange højere end beregninger baseret på masserne af alle stjernerne viste.
Årsagen til dette var ifølge forskere i dag det såkaldte mørke stof - et mystisk stof, der tegner sig for omkring 75% af massen af stof i universet. Typisk indeholder hver galakse omkring otte til ti gange mere mørkt stof end dets synlige fætter, og dette mørke stof holder stjernerne på plads og forhindrer dem i at sprede sig.
Mislykkede søgninger efter spor af mørkt stof på Jorden, som Meyer bemærker, får mange forskere til at tvivle på, at det i princippet eksisterer, eller at det er sammensat af superhøje og "kolde" partikler - "WIMP'er", der ikke manifesterer sig på nogen anden måde end at tiltrække synlige klynger stof.
Mayer og hans kolleger overvejede, hvor og hvordan de mest "pålidelige" spor af denne form for mørkt stof kunne findes. Deres opmærksomhed blev trukket på objekter, som konventionelle kosmologiske teorier forudsiger, skulle være sammensat næsten udelukkende af dette stof - de svageste dværggalakser.
Salgsfremmende video:
Space "mixer"
Forskere har oprettet en computermodel af sådanne "stjernemegebyer", som tillod dem at skubbe dem mod hinanden og andre objekter samt ændre forholdet mellem massen af synligt og mørkt stof såvel som deres fordeling i galakser.
Disse beregninger viste uventet, at opførelsen af centrale sorte huller i sådanne galakser såvel som frekvensen af deres fusion vil stærkt afhænge af tilstedeværelsen af mørkt stof og en af dens specifikke egenskaber - hvor meget dens densitet adskiller sig i udkanten og centret af disse dværge.
Det viste sig, at sorte huller kunne nærme sig hinanden, danne tætte par og kun fusionere i disse tilfælde, hvis mørkt stof var meget ujævnt fordelt over sådanne galakser. Følgelig kan det at observere hyppigheden af deres fusion fortælle os, hvordan mørkt stof fordeles over hele universet, og om det i princippet eksisterer.
Hvordan beregnes sådanne "kosmiske ulykker"? Supermassive sorte huller, der kredser en kort afstand fra hinanden, udsender tyngdebølger med meget lav frekvens. De vil være usynlige for jordbaserede teleskoper, men godt synlige for det kredsende gravitationelle observatorium LISA, hvis konstruktion begynder i anden halvdel af 2020.
Det er et sæt af tre satellitter, der skal spore udsvingene i rumtid og observere, hvordan tyngdekraftsbølger afbøjer stien til laserstråler, der forbinder alle tre LISA-enheder.
Meyer og hans kolleger håber, at observationer med LISA vil hjælpe forskere med at bekræfte eksistensen af mørkt stof, og hvilke teorier, der beskriver dets struktur, kommer tættere på at løse mysterierne i universets liv.
