En ny teori om mörk materias natur hjälper till att förklara varför ett par galaxer cirka 65 miljoner ljusår från jorden innehåller mycket lite av den mystiska materien, enligt en studie ledd av en fysiker vid University of California, Riverside.

Mörk materia är icke-ljusande och kan inte ses direkt. Tänkte utgöra 85% av materia i universum, dess natur är inte väl förstådd. Till skillnad från normal materia, det absorberar inte, reflektera, eller avge ljus, gör det svårt att upptäcka.

Den rådande teorin om mörk materia, känd som kall mörk materia, eller CDM, antar att partiklar av mörk materia är kollisionsfria, bortsett från gravitationen. En nyare andra teori, kallas självinteragerande mörk materia, eller SIDM, föreslår att partiklar av mörk materia själv interagerar genom en ny mörk kraft. Båda teorierna förklarar hur universums övergripande struktur uppstår, men de förutsäger olika distributioner av mörk materia i de inre områdena av en galax. SIDM föreslår att mörk materia partiklar kraftigt kolliderar med varandra i en galax inre gloria, nära dess centrum.

Vanligtvis, en synlig galax är värd för en osynlig gloria av mörk materia – en koncentrerad klump av material, formad som en boll, som omger galaxen och hålls samman av gravitationskrafter. Senaste observationer av två ultradiffusa galaxer, NGC 1052-DF2 och NGC 1052-DF4, show, dock, att detta par av galaxer innehåller väldigt lite, om någon, mörk materia, utmanar fysikers förståelse av galaxbildning. Astrofysiska observationer tyder på att NGC 1052-DF2 och NGC 1052-DF4 sannolikt är satellitgalaxer av NGC1052.

"Det är vanligt att tro att mörk materia dominerar den totala massan i en galax, sa Hai-Bo Yu, en docent i fysik och astronomi vid UCR, som ledde studien. "Observationer av NGC 1052-DF2 och -DF4 visar, dock, att förhållandet mellan deras mörka materia och deras stjärnmassor är cirka 1, vilket är 300 gånger lägre än förväntat. För att lösa diskrepansen, vi ansåg att DF2- och DF4-halos kan förlora större delen av sin massa genom tidvatteninteraktioner med den massiva NGC 1052-galaxen."

Med hjälp av sofistikerade simuleringar, det UCR-ledda teamet reproducerade egenskaperna hos NGC 1052-DF2 och NGC 1052-DF4 genom tidvattenstripning – borttagning av material genom galaktiska tidvattenkrafter – genom NGC1052. Eftersom satellitgalaxerna inte kan hålla den avskalade massan med sina egna gravitationskrafter, det läggs effektivt till NGC 1052:s massa.

Forskarna övervägde både CDM- och SIDM-scenarier. Deras resultat, publicerad i Fysiska granskningsbrev , indikerar att SIDM bildar galaxer med brist på mörk materia som NGC 1052-DF2 och -DF4 mycket mer fördelaktigt än CDM, eftersom tidvattenmassaförlusten av den inre halo är mer signifikant och stjärnfördelningen är mer diffus i SIDM.

Forskningsartikeln har valts ut som ett "redaktörsförslag" av tidskriften, en ära som endast ett fåtal utvalda tidningar får varje vecka för att främja läsning över fält.

Yu förklarade förlust av tidvattenmassa kan inträffa i både CDM- och SIDM-halos. I CDM, den inre halostrukturen är "styv" och motståndskraftig mot tidvattenavdrivning, vilket gör det svårt för en typisk CDM-halo att förlora tillräcklig inre massa i tidvattenfältet för att ta emot observationer av NGC 1052-DF2 och -DF4. I kontrast, i SIDM, mörk materias självinteraktioner kan driva mörk materia partiklar från de inre till de yttre regionerna, gör den inre gloria "fluffigare" och ökar tidvattenmassaförlusten i enlighet därmed. Ytterligare, stjärnfördelningen blir mer diffus.

"En typisk CDM-halo förblir för massiv i de inre regionerna även efter tidvattenutveckling, " sa Yu.

Nästa, teamet kommer att utföra en mer omfattande studie av NGC 1052-systemet och utforska nyupptäckta galaxer med nya egenskaper i ett försök att bättre förstå naturen hos mörk materia.

Titeln på forskningsartikeln är "Självinteragerande mörk materia och ursprunget till ultradiffusa galaxer NGC1052-DF2 och -DF4."