På vänster sida, vi ser resultaten av en datorsimulering där Eridanus II bor i en tät mörk materia "halo", som förväntat i den vanliga kosmologiska modellen. Stjärnhopen (i grönt) löses snabbt upp i denna modell. Vi kan, därför, utesluta denna modell eftersom vi idag ser en gammal överlevande stjärnhop i Eridanus II. På den högra sidan, vi ser en liknande datorsimulering där Eridanus II bor i en mörk materia med mycket lägre täthet. I denna modell, stjärnhopen inte bara överlever utan den växer till en storlek som matchar den observerade stjärnhopen i Eridanus II, markerad med den gröna cirkeln i mitten. Kredit:Observationsbild tagen från Crnojevi et al. 2016; sammansatt bild producerad av Dr Maxime Delorme (University of Surrey).
Astrofysiker från University of Surrey och University of Edinburgh har skapat en ny metod för att mäta mängden mörk materia i mitten av små "dvärggalaxer".
Mörk materia utgör det mesta av universums massa, ändå förblir den svårfångad. Beroende på dess egenskaper, den kan vara tätt koncentrerad till galaxernas centrum, eller mer jämnt fördelat över större skalor. Genom att jämföra fördelningen av mörk materia i galaxer med detaljerade modeller, forskare kan testa eller utesluta olika kandidater för mörk materia.
De strängaste begränsningarna för mörk materia kommer från de allra minsta galaxerna i universum, "dvärggalaxer". Den minsta av dessa innehåller bara några tusen eller tiotusentals stjärnor - så kallade "ultrasvaga" dvärgar. Sådana små galaxer, hittas i omloppsbana nära Vintergatan, består nästan uteslutande av mörk materia. Om fördelningen av mörk materia i dessa små galaxer kunde kartläggas skulle det kunna ge ny och spännande information om dess natur. Dock, är helt utan gas och innehåller väldigt få stjärnor, tills nyligen fanns det ingen användbar metod för att göra denna mätning.
I en studie publicerad av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society ( MNRAS ), ett team av forskare från University of Surrey har utvecklat en ny metod för att beräkna den inre tätheten av mörk materia i dvärggalaxer, även om de inte har någon gas och väldigt få stjärnor. Nyckeln till metoden är att använda sig av en eller flera täta stjärnhopar som kretsar nära dvärgens centrum.
Stjärnhopar är gravitationsbundna samlingar av stjärnor som kretsar inuti galaxer. Till skillnad från galaxer, stjärnhopar är så täta att deras stjärnor gravitationsmässigt sprider sig från varandra vilket får dem att långsamt expandera. Forskargruppen gjorde den viktigaste nya insikten när de insåg att hastigheten för denna expansion beror på gravitationsfältet som stjärnhopen kretsar i och, därför, om fördelningen av mörk materia i värdgalaxen. Teamet använde en stor uppsättning datorsimuleringar för att visa hur strukturen hos stjärnhopar är känslig för om mörk materia är tätt packad i galaxernas centrum, eller mer jämnt fördelat. Teamet tillämpade sedan sin metod på den nyligen upptäckta "ultrasvaga" dvärggalaxen, Eridanus II, hitta mycket mindre mörk materia i dess centrum än vad många modeller skulle ha förutspått.
Dr Filippo Contenta från University of Surrey och huvudförfattare till studien sa:"Vi har utvecklat ett nytt verktyg för att avslöja naturen hos mörk materia och redan är resultaten spännande. Eridanus II, en av de minsta galaxer som är kända, har mindre mörk materia i mitten än förväntat. Om liknande resultat hittas för ett större urval av galaxer, detta kan få omfattande konsekvenser för mörk materias natur."
Professor Mark Gieles, Professor i astrofysik vid University of Surrey och huvudforskare för projektet European Research Council (ERC) som finansierade projektet, tillade:"Vi startade detta ERC-projekt med hopp om att vi skulle kunna använda stjärnhopar för att lära oss om mörk materia så det är väldigt spännande att det fungerade."
Professor Justin Read, en medförfattare till studien från University of Surrey, tillade:"Det är utmanande att förstå våra resultat för Eridanus II om mörk materia består av en svagt interagerande "kall" partikel - den för närvarande gynnade modellen för mörk materia. En möjlighet är att den mörka materian i centrum av Eridanus II var " upphettas" av våldsam stjärnbildning, som föreslagits av några nyare numeriska modeller. Mer lockande, dock, är möjligheten att mörk materia är mer komplex än vi har antagit hittills."
Dr Jorge Peñarrubia från University of Edinburghs School of Physics and Astronomy sa:"Dessa fynd ger en fascinerande inblick i fördelningen av mörk materia i de mest mörka materiadominerade galaxerna i universum, och det finns stor potential för vad den här nya metoden kan avslöja i framtiden."
