I september förra året upptäckte James Webb Space Telescope, eller JWST, JWST-ER1g, en massiv forntida galax som bildades när universum bara var en fjärdedel av sin nuvarande ålder. Överraskande nog är en Einstein-ring associerad med denna galax. Det beror på att JWST-ER1g fungerar som en lins och böjer ljus från en avlägsen källa, som sedan visas som en ring – ett fenomen som kallas stark gravitationslinsning, förutspått i Einsteins allmänna relativitetsteori.
Den totala massan som är innesluten i ringen har två komponenter:stjärnkomponenter och komponenter av mörk materia.
"Om vi subtraherar stjärnmassan från den totala massan får vi den mörka materiens massa i ringen", säger Hai-Bo Yu, professor i fysik och astronomi vid University of California, Riverside, vars team har publicerat nytt arbete om JWST-ER1g i tidskriften The Astrophysical Journal Letters . "Men värdet för den mörka materiens massa verkar högre än väntat. Detta är förbryllande. I vår tidning ger vi en förklaring."
En gloria av mörk materia är gloria av osynlig materia som genomsyrar och omger en galax som JWST-ER1g. Även om mörk materia aldrig har upptäckts i laboratorier, är fysiker övertygade om att mörk materia, som utgör 85 % av universums materia, existerar.
"När vanlig materia - orörda gaser och stjärnor - kollapsar och kondenserar till den mörka materiens halo av JWST-ER1g, kan det komprimera halon, vilket leder till en hög densitet", säger Demao Kong, en andraårsstudent vid UCR, som ledde analysen. "Våra numeriska studier visar att den här mekanismen kan förklara den höga tätheten av mörk materia hos JWST-ER1g - mer massa av mörk materia i samma volym, vilket resulterar i högre densitet."
Enligt Daneng Yang, en postdoktor vid UCR och medförfattare till tidningen, ger JWST-ER1g, som bildades 3,4 miljarder år efter Big Bang, "en fantastisk chans att lära sig om mörk materia."
"Det här starka linsobjektet är unikt eftersom det har en perfekt Einstein-ring, från vilken vi kan få värdefull information om den totala massan i ringen, ett kritiskt steg för att testa egenskaperna för mörk materia," sa han.
Lanserades på juldagen 2021, NASA:s JWST är ett kretsande infrarött observatorium. Kallas även Webb och är utformad för att svara på frågor om universum. Det är det största, mest komplexa och kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin byggts.
"JWST ger oss en oöverträffad möjlighet att observera forntida galaxer som bildades när universum var ungt," sa Yu. "Vi förväntar oss att se fler överraskningar från JWST och lära oss mer om mörk materia snart."
Studien stöddes av John Templeton Foundation och US Department of Energy.
Titeln på forskningsartikeln med öppen tillgång är "Cold Dark Matter and Self-interacting Dark Matter Interpretations of the Strong Gravitational Lensing Object JWST-ER1."
Mer information: Demao Kong et al, Cold Dark Matter and Self-interacting Dark Matter Interpretations of the Strong Gravitational Lensing Object JWST-ER1, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad394b
Journalinformation: Astrophysical Journal Letters
Tillhandahålls av University of California - Riverside
