Se på en galakse, hvad ser du? Sandsynligvis mange stjerner. Også tåger. Og det er nok det. En hel flok stjerner og gas i en række farverige sortimenter; en fryd for øjet. Og begravet blandt disse stjerner, hvis du kiggede grundigt nok, kan du finde planeter, sorte huller, hvide dværge, asteroider og alle mulige forskellige chunky odds og ender. Det sædvanlige galaktiske miljø.
Hvad du ikke ville se er, hvad det meste af den galakse ervirkeliglavet af. Du ville ikke se det usynlige, det skjulte. Du ville ikke se hovedparten af den galaktiske masse. Du ville ikke se det mørke stof.
Det mørke betyder mest
Mørkt stof er en hypotetisk form for stof, og i den hypotese svømmer du i det lige nu. Så vidt vi kan se, baseret på årtiers omhyggelige, omhyggelige observationer af alt fra stjerners bevægelse i galakser til bevægelse af galakser i klynger til de tidlige øjeblikke af big bang til væksten af struktur over hele universet (dvs. , vi har arbejdet virkelig hårdt på dette), vores kosmos er ikke, hvad der synes på overfladen.
Hovedresultatet: de fleste af de rå ting i vores univers interagerer simpelthen ikke med lys. Dets sædvanlige navn er 'mørk stof', men et bedre navn kan væreusynligstof. Vi er ikke helt sikre på, hvad det er ( vi arbejder stadig på den bit ), men det mørke stof ser ud til at være en slags mikroskopisk partikel, der oversvømmer hver galakse og gennemsyrer dem med ekstra masse. Fordi dette mørke stof ikke interagerer med lys, føles det ikke noget med den elektromagnetiske kraft at gøre, hvilket betyder, at det simpelthen passerer gennem normalt stof uden at bemærke eller bekymre sig en eneste smule.
Intets vægt
Så stærk som dette mørke stof er i forhold til at forklare dybe og forvirrende problemer i universet, har det nogle svagheder. Mest bemærkelsesværdigt, når astrofysikere køre computersimuleringer af galaksers vækst - sporer deres dannelse og udvikling i løbet af milliarder af år ved hjælp af al den kendte fysik, der går ind i at gøre en galakse til en galakse - de finder ud af, at det mørke stof har en tendens til virkelig, virkelig at klumpe sig sammen til uanstændigt høje tætheder i midten af disse galakser .
Det er en fin og dandy forudsigelse i sig selv, men det stemmer ikke helt overens med observationer. Selvom vi ikke direkte kan se det mørke stof (husk: usynligt), kan vi se dets virkninger på alt andet, inklusive normalt stof. Det mørke stof spiller måske ikke det elektromagnetiske spil, men det taler til tyngdekraften, fordi tyngdekraften er supervenlig og er i stand til at tale med hver eneste masse og energi i hele universet.
Mælkevejen og dens mørke stof halo. Billedkredit: Sload Digital Sky Survey
Så hvis du fylder en galakse op med mørkt stof, og det mørke stof har en tendens til at klumpe sig meget i midten, så vil der være en massevægti midten af galaksen og trækker den omgivende gas ind. Efterhånden som den gas komprimeres på kernen, vil den krympe og kollapse, hvilket udløser massive stjernedannelsesbegivenheder, som springer kuld af nye stjerner ud.
Med andre ord burde galaksernes kerner have dynger på molekylære dynger af gas og stjerner. Og selvom galaktiske centre faktisk er meget rige steder, er de det ikkeatrig.
Konklusionen på, at den banale forudsigelse om opførsel af mørkt stof i galaktiske kerner er ikke hele historien. Da vi har så mange andre gode grunde til at tro, at mørkt stof er en ting, bliver spørgsmålet: hvad sparker det ud af kernen?
Ryster tingene op
Giv ti teoretiske fysik et problem, og de vil komme med et dusin løsninger. Og i tilfældet med 'cuspiness' af mørke stofkerner, har de formået at poppe alle mulige sjove forklaringer frem. Måske er mørkt stof mere eksotisk, end vi troede, i stand til at interagere lidt med sig selv gennem en ny femte naturkraft, der glatter sig ud i kernen. Måske er mørkt stof bare en smule naturligt varmt og energisk og har svært ved at samle sig i centrum.
Hvor seje disse muligheder end er, er forklaringen måske noget mere banalt. Det mørke stof kan påvirke adfærden af normalt stof via tyngdekraften, og det samme gælder omvendt. Selvom det er væsentligt mindre omfangsrigt end deres mørke modstykker, kan det almindelige stof i vores univers trække og trække og sprede alt andet, selvom det kun er en lille smule.
Den galaktiske kerne, observeret ved hjælp af infrarødt lys og røntgenlys. Kredit: NASA, ESA, SSC, CXC og STScI
For nylig et hold af astronomer undersøgte flere populationer af dværggalakser , hvor sammenhængen mellem mørkt og normalt stof lettest kunne undersøges. De brugte disse prøver til at jage efter ethvert forhold mellem stjernedannelse og central tæthed. I dette scenarie, hvis en galakse oplevede en masse nyere stjernedannelser, der udløste eksplosive supernovavinde og andre temperamentsfulde udbrud , så ville det drive masser af normalt stof ud af kernen, og tyngdekraften ville gøre sit og trække noget af det mørke stof sammen med det normale.
Undersøgelsen fandt et spændende resultat: dværggalakser med en masse nyere stjernedannelse ('nylige' er inden for de sidste seks milliarder år) havde jævnere centrale tætheder, mens deres mindre aktive søskende var meget mere cuspy i deres centre og favoriserede denne hypotese om, at normalt stof faktisk kan påvirke mørket. Selvom dette ikke fuldstændig løser gåden om mørkt stofs natur, er det et væsentligt skridt fremad.
Læs mere: ' Mørkt stof opvarmes i dværggalakser '