Obwohl die genaue Natur der Dunklen Materie den Astronomen weiterhin verborgen bleibt, haben wir ein gewisses Verständnis ihrer allgemeinen physikalischen Eigenschaften gewonnen. Wir wissen, wie es sich um Galaxien ansammelt, wie es einen Großteil der Materie im Universum ausmacht und sogar, wie es mit sich selbst interagieren kann. Jetzt a Kürzlich durchgeführte Studieerscheint auf dem Pre-Print-Server arXivuntersucht, wie schnell sich dunkle Materie bewegen kann.
Die Studie konzentriert sich auf einen Effekt, der als dynamische Reibung bekannt ist. Der Begriff ist etwas irreführend, da es sich nicht um die Art von Reibung handelt, die man zwischen zwei gegeneinander gleitenden Objekten sieht. Ein besserer Begriff für den Effekt könnte Gravitationswiderstand sein. Es wurde erstmals 1943 von Subrahmanyan Chandrasekhar untersucht und wird durch die Gravitationswechselwirkungen eines diffusen Körpers verursacht.
Stellen Sie sich einen massereichen Stern vor, der sich durch eine Ansammlung roter Zwergsterne bewegt. Auch wenn wahrscheinlich keiner der Sterne kollidiert, werden die gravitativen Wechselwirkungen zwischen ihnen die Sternbewegungen beeinflussen. Der massereiche Stern wird beim Verlassen des Sternhaufens dank der Anziehungskraft der Roten Zwergsterne langsamer.
Andererseits werden die Roten Zwerge etwas schneller, da sie leicht in Richtung des massereichen Sterns gezogen werden. Wenn Sie die Geschwindigkeitsänderung der Sterne im Sternhaufen verfolgen, können Sie bestimmen, wie schnell sich der Sternhaufen vor der Kollision bewegte.
Der gleiche Effekt kann zwischen Materie und Dunkler Materie auftreten. Das Vorhandensein dunkler Materie beeinflusst die Bewegung der Sterne in der Galaxie und verzerrt dank dynamischer Reibung die Form der Galaxie.
Durch die Kartierung der Verzerrung der Galaxie kann das Team die Bewegung der Dunklen Materie in der Nähe der Galaxie berechnen. Deshalb konzentrierte sich das Team darauf, verzerrte Galaxien zu finden, die nicht Teil eines dichten Galaxienhaufens sind. Da die Galaxien ziemlich isoliert sind, muss die Verzerrung auf dunkle Materie zurückzuführen sein.
Anschließend verglichen die Autoren die Form dieser verzerrten Galaxien mit N-Körper-Simulationen, um die Bewegung der Dunklen Materie abzubilden. Eine ihrer Bedenken bestand darin, dass die Unsicherheit in den Daten zu groß sein würde, um sinnvolle Einschränkungen hinsichtlich der Dunklen Materie vorzunehmen.
Das Team zeigte, dass die Datenstreuung bei den verfügbaren Proben nur etwa 10 % beträgt. Dies bedeutet, dass es präzise genug ist, um es auf nahegelegene Galaxien anzuwenden. Detaillierte Gaia-Beobachtungen der Großen Magellanschen Wolke sollten es Astronomen beispielsweise ermöglichen, die Geschwindigkeiten der Dunklen Materie dort in den Griff zu bekommen.
Dieser Ansatz gibt Astronomen ein weiteres Werkzeug für die Untersuchung der Dunklen Materie an die Hand. Wenn zukünftige Beobachtungen es uns ermöglichen, die Eigenschaften der Dunklen Materie genau zu bestimmen, können wir möglicherweise bestimmen, was Dunkle Materie wirklich ist.
Mehr Informationen:
Rain Kipper et al, Zurück in die Gegenwart: Eine allgemeine Behandlung des Gezeitenfeldes aus der Folge dynamischer Reibung, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.03790