Een nieuwe paper die tijdens de American Astronomical Society-conferentie van deze week wordt gepresenteerd, belooft bij wijze van spreken enig licht te laten schijnen over het streven naar donkere materie in individuele sterrenstelsels. Het huidige model van koude donkere materie in het heelal is buitengewoon succesvol als het gaat om het in kaart brengen van de mysterieuze substantie op grote schaal, maar niet op galactische en subgalactische schalen. Eerder vandaag beschreef Dr. Sukanya Chakrabarti van de Florida Atlantic University een nieuwe manier om donkere materie in kaart te brengen door rimpelingen in de waterstofschijven van grote sterrenstelsels te observeren. Haar werk zou astronomen eindelijk in staat kunnen stellen hun waarnemingen van gewone materie te gebruiken om de verspreiding van donkere materie op kleinere schaal te onderzoeken.
Spiraalstelsels bestaan doorgaans uit een schijf, die is gemaakt van normale (baryonische) materie en die de centrale uitstulping en spiraalarmen bevat, en een halo die de schijf omgeeft en donkere materie bevat. In de afgelopen jaren zijn onderzoeken zoals THINGS (uitgevoerd door de NRAO Very Large Array) uitgevoerd om de distributie van waterstof in nabijgelegen galactische schijven te analyseren. Vorig jaar gebruikte Dr. Chakrabarti dergelijke onderzoeken om de manier te onderzoeken waarop kleine satellietstelsels de schijven van grotere sterrenstelsels zoals M51, het draaikolkenstelsel beïnvloeden. Maar de echte prijs ligt in het onderzoeken wat astronomen niet kunnen zien. Chakrabarti merkte op: "Sinds de jaren 70 weten we uit waarnemingen van vlakke rotatiecurven dat sterrenstelsels enorme halo's voor donkere materie hebben, maar er zijn maar heel weinig sondes waarmee we kunnen achterhalen hoe het is verspreid." Ze heeft haar onderzoek nu verbreed om precies dat te doen.
Astronomen zijn van mening dat de dichtheidsverdeling van donkere materie afhankelijk is van een parameter genaamd its schaal straal. Het blijkt dat het variëren van deze parameter de vorm van de waterstofschijf van het sterrenstelsel zichtbaar beïnvloedt wanneer rekening wordt gehouden met de invloed van passerende dwergstelsels.
"Rimpelingen in de buitenste gasschijven fungeren als een spiegel van de onderliggende verdeling van donkere materie", zei Chakrabarti. Door de schaalstraal van M51's halo voor donkere materie te variëren, kon Chakrabarti zien hoe dit de vorm en distributie van atomaire waterstof in zijn schijf zou beïnvloeden. Ze ontdekte dat grootschalige radii sterrenstelsels veroorzaken met een halo van donkere materie die geleidelijk diffuser wordt naarmate deze zich over de lengte van de schijf uitstrekt. Hierdoor wordt de waterstof in de schijf heel losjes om de centrale uitstulping van de melkweg gewikkeld. Omgekeerd hebben kleinschalige radii dichtheidsprofielen die veel steiler vallen.
"Steilere dichtheidsprofielen zijn effectiever in het vasthouden van hun" spullen "," legde Chakrabarti uit, "en daarom hebben ze een veel strakker gewikkelde spiraalvormige planvorm."
Chakrabarti's kaart van de verspreiding van donkere materie in de halo van M51 is consistent met bestaande theoretische modellen, wat haar doet geloven dat deze methode zeer nuttig kan zijn voor astronomen die proberen de ongrijpbare, onzichtbare substantie te onderzoeken die bijna een kwart van ons heelal uitmaakt . Een voordruk van haar papier is beschikbaar op de ArXiv.
