Aktuelle Ergebnisse, veröffentlicht in The Astrophysical Journal Letters, erweitern unser Verständnis von Dunkler Materie, die schätzungsweise 85 % der Materie im Universum ausmacht. Sternströme, Gruppen von Sternen, die auf einem gemeinsamen Pfad reisen, werden erheblich von Dunkler Materie beeinflusst und sind daher entscheidend für das Studium dieser rätselhaften Substanz. Merkmale wie Lücken und Ausläufer innerhalb dieser Ströme liefern wichtige Hinweise zur Verteilung und zum Verhalten von Dunkler Materie in Galaxien.
Der galaktische Halo der Milchstraße, eine kugelförmige Region, die über den sichtbaren Rand der Galaxie hinausgeht, enthält sowohl Dunkle Materie als auch bekannte Sternströme. Forscher haben festgestellt, dass die Ausläufer- und Lückenmerkmale im GD-1-Sternstrom nicht ausschließlich durch gravitative Einflüsse von Kugelsternhaufen oder Satellitengalaxien erklärt werden können. Stattdessen deuten diese Anomalien auf die Präsenz eines nicht identifizierten störenden Objekts hin – eines dichten Unterhalos.
Professor Yu, Physiker und Astronom, erklärte: "CDM-Unterhalos haben typischerweise nicht die Dichte, um die charakteristischen Merkmale im GD-1-Strom zu erzeugen. Unsere Forschung zeigt jedoch, dass ein kollabierender SIDM-Unterhalo die notwendige Dichte erreichen könnte. Ein solcher kompakter Unterhalo würde den gravitativen Einfluss ausüben, der erforderlich ist, um die beobachteten Störungen im GD-1-Strom zu erklären."
Im Gegensatz zur traditionellen kalten Dunklen Materie (CDM), die davon ausgeht, dass Dunkle-Materie-Teilchen nicht interagieren, schlagen SIDM-Theorien vor, dass diese Teilchen über eine neue Dunkle Kraft miteinander interagieren können. Um ihre Hypothese zu testen, nutzte das Team von Yu fortschrittliche N-Körper-Simulationen, um das Verhalten eines kollabierenden SIDM-Unterhalos zu modellieren.
Yu sagte: "Unsere Ergebnisse bieten eine neue Erklärung für die beobachteten Ausläufer- und Lückenmerkmale im GD-1, die lange als Hinweis auf eine enge Begegnung mit einem dichten Objekt galten. In unserem Szenario ist der Störer der SIDM-Unterhalo, der die räumlichen und geschwindigkeitsverteilungen der Sterne im Strom stört und die charakteristischen Merkmale erzeugt, die wir im GD-1-Sternstrom sehen."
Diese Forschung beleuchtet nicht nur die Eigenschaften von Dunkler Materie, sondern hebt auch das Potenzial von Sternströmen als Methode zur Untersuchung galaktischer Dynamik hervor. Yu fügte hinzu: "Diese Arbeit eröffnet einen vielversprechenden neuen Weg zur Untersuchung der selbstinteragierenden Eigenschaften von Dunkler Materie durch Sternströme. Es stellt einen spannenden Schritt nach vorne in unserem Verständnis von Dunkler Materie und der Dynamik der Milchstraße dar."
Die Forschung wurde vom US-Energieministerium und der John Templeton Foundation unterstützt. Zu den Mitarbeitern gehören Xingyu Zhang und Daneng Yang von der UC Riverside sowie Ethan O. Nadler von der UC San Diego.