We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Dit lyk asof daar nie genoeg saak is om te verklaar dat die spoed van sommige sterre wat ver van die Melkwegsentrum geleë is, amper dieselfde snelheid het as die sterre wat nader aan die middel van die Melkweg gevind word nie. Dit lyk dus of daar nog meer saak moet wees : dus word hierdie ontbrekende materie donker materie genoem. Daar is 'n soort stervoorwerp wat nie massief genoeg is om sy eie lig te produseer nie, maar baie keer massiewer is as Jupiter, 'n bruin dwerg. Aangesien dit nie helder genoeg is om opgespoor te word deur ons diep ruimteteleskoop of deur die aarde nie, moet dit baie in sterrestelsels wees, want ek glo dat hierdie voorwerpe in die middelste ruimte tussen planete en sterre sit. Dit blyk egter dat die wetenskaplike gemeenskap hierdie potensiële kandidaat vir donker materie uitgesluit het sonder om die waarneembare Melkwegstelsel sowel as miljarde ander met verskillende ligspektrums te skandeer. Waarom word bruin dwerge nie as kandidate vir die geheimsinnige donker materie beskou nie?
Twee redes.
As ons na sterrestelselkurwes en die beweging van sterrestelsels in trosse en swaartekraglens kyk, weet ons dat die hoeveelheid "donker materie" ongeveer 30% van die digtheid van die heelal is. Maar aan die ander kant dui skatting van die oorvloed deuterium, helium, tritium en litium wat in die oerknal geproduseer word aan dat slegs 5% van die digtheid van die heelal in die vorm van normale materie kan wees (bv. Atome, protone, neutrone, ens. ). Aangesien bruin dwerge van hierdie dinge gemaak word, kan hulle net bydra tot hierdie klein persentasie en kan nie verantwoordelik wees vir die grootste deel van die donker materie nie (dit geld ook vir alles wat van normale, "baroniese materie" gemaak word).
Sterrekundiges het getel hoeveel bruin dwerge daar is, sowel in die plaaslike omgewing as in sterretrosse (sien byvoorbeeld Andersen et al. 2008; Kirkpatrick et al. 2011; Burningham et al. 2013;. Met ander woorde ons kan sien bruin dwerge - hulle straal die meeste van hul lig uit in die infrarooi deel van die spektrum, en opnames soos SDSS, 2MASS en WISE het hulle in duisende ontdek. Dit blyk dat daar vir elke 4 massiewe sterre ongeveer 1 bruin dwerg is. Alhoewel dit baie is, dra hulle 'n baie klein fraksie van die normale saak in ons Melkweg by. Daarbenewens dui mikrolensingseksperimente in die rigting van die Galaktiese bult en Magellaanse wolke daarop dat hoewel daar baie bruin dwerge elders in ons Melkweg is (bv. Alcock et al. 2000; Novati et al. 2008), daar nie genoeg is om 'n groot bydrae te lewer nie. tot donker materie, en so lyk die resultate uit ons sonkraggebied verteenwoordigend van die Melkweg as geheel.
Bruin dwerge is helder in die radio. Hulle straal baie lig uit, net nie baie sigbare lig nie.
Een van die eienskappe van donker materie is dat dit ook nie lig verdoesel nie. Interstellêre stof (wat uit baie groter deeltjies van die planeetgrootte kan bestaan) is geneig om lig te verdoesel, selfs al straal dit nie uit nie. As gevolg van die feit dat dit nie lig uitstraal of verduister nie, kan ons uitsluit dat dit bruin dwerge, stof of omtrent enigiets tussenin is.
Dit kan 'n veld van liggewig swart gate wees, maar dit lyk onwaarskynlik aangesien swart gate skaars is en gewoonlik omring word deur bewyse van die vorming daarvan. Dit is onredelik om aan te neem dat daar groot swerms liggewig swart gate is wat 'n groot deel van die massa in die heelal uitmaak.
Eksotiese aangeleenthede lyk vir ons vreemd, maar dit is regtig nie so ongewoon nie. Ons weet reeds dat neutrino's bestaan en in werklikheid baie volop is. Neutrino's loop byna heeltemal ongeremd deur normale materie. Dit is nie waaruit donker materie bestaan nie, want hulle beweeg teen ligsnelheid soos fotone, terwyl baie donker materie relatief stilstaan. Dit lyk redelik om te glo dat dit een of ander vorm van eksotiese materie is wat nie met lig in wisselwerking tree nie. Dit is vir ons vreemd, maar dit lyk baie ooreenstemmend met wat ons van deeltjiefisika ken.
Waarom is bruin dwerge so dof?
Ahh, sterre. Reuse-oonde van kernfusie. Om die dinge te doen wat ons son doen, onder meer waterstofbrandstof in helium inbrand en baie sigbare lig en energie in die proses uitstraal.
Maar as ons na bruin dwerge kyk, is dit nie soos normale sterre soos ons son nie. In plaas daarvan om waterstof in helium te verbrand vir hul brandstof, veroorsaak bruin dwerge nie genoeg druk om dit te laat gebeur nie, maar kan slegs waterstof in deuterium verbrand.
Kom ons kyk wat die verskille hier is. 'N Waterstofkern is net 'n proton, met 'n massa van 938,272 MeV / c 2. (Ek gebruik hierdie massa-eenhede omdat dit maklik is om in energie te verander - vermenigvuldig net met c 2 en u kry energie - van E = mc 2.) 'N Deuteron is 'n kern met 'n proton en 'n neutron (met massa 939,566 MeV / c 2), maar omdat hulle aan mekaar gebind is, is die totale massa van 'n deuteron net effens minder as die massa van twee protone, 1875.613 MeV / c 2. Wanneer twee protone dus saamsmelt om 'n deuteriumkern te vorm, laat hulle 0,931 MeV energie vry. Wag maar - dit is nie heeltemal reg nie. Hulle ook moet kwantumgetalle bewaar, soos lading en leptongetal. Dus moet dit ook 'n positron en 'n neutrino produseer: maar om nie bekommerd te wees nie, sal die positron met 'n elektron in die ster vernietig en jou eintlik ekstra 0,511 MeV energie gee, wat ons totaal op 1,442 MeV energievrystelling per fusiereaksie bring. .
In die meeste sterre is dit die eerste stap in 'n kettingreaksie wat lei tot die produksie van Helium-4, wat 'n totale massa van 3727,38 MeV / c 2 het, wat beteken dat vir elke 4 protone wat in Helium-4 versmelt is, ons wanneer ons die twee positrone wat geproduseer word, insluit en met elektrone vernietig om meer energie te maak) 26.73 MeV energie. So maak jy Helium-4 van deuterium en protone:
Aan die einde van die dag, wanneer hulle dieselfde hoeveelheid massa (neem aan 4 protone) spandeer om energie te maak, gee bruin dwerge slegs 11% van die energie van normale sterre af. Voeg daarby die feit dat omdat hulle so 'n lae massa het, hul samesmelting laer is, en daarom is bruin dwerge so dof! So hoe flou is hulle? Miskien sal hierdie artistieke rekonstruksie u 'n idee gee.
Volgende keer as u na buite gaan, bedank u vriendelike omgewing Sun dat u so warm, helder en veral so massief is, anders sou die wêreld 'n koue, eensame plek wees.
Rekordbreker bruin dwerg het 750 ligjare weggevlek
'N Kunstenaarsindruk van die bruin dwerg SDSS J0104 + 1535. Beeldkrediet: John Pinfield.
Die betrokke bruin dwerg heet SDSS J010448.46 + 153501.8 (kortweg J0104).
Hierdie raaiselagtige voorwerp is geleë in die sterrebeeld van die Vis, ongeveer 750 ligjaar van die aarde af.
Dit is 'n lid van die stralekrans van ons Melkwegstelsel, wat bestaan uit die oudste sterre.
Nuwe waarnemings deur die Very Large Telescope (VLT) van ESO dui daarop dat J0104 gemaak is van gas wat ongeveer 250 keer suiwerder is as die son, dus uit meer as 99,99% waterstof en helium bestaan.
Dit was voorheen nie bekend of bruin dwerge uit sulke oergas kon vorm nie, en die ontdekking wys die weg na 'n groter onontdekte bevolking van uiters suiwer bruin dwerge uit die antieke verlede van ons Melkweg.
"Ons het regtig nie verwag om bruin dwerge te sien wat so suiwer is nie," het dr. Zeng Hua Zhang, 'n sterrekundige aan die Universiteit van La Laguna en die Instituut vir Astrofisika op die Kanariese Eilande, gesê.
"Omdat ek een gevind het, dui dit dikwels op 'n veel groter tot dusver onontdekte bevolking & # 8212, sal ek baie verbaas wees as daar nie veel meer soortgelyke voorwerpe is wat wag om gevind te word nie."
Sloan Digital Sky Survey (SDSS) beeld van die veld gesentreer op SDSS J0104 + 15 (waarnemingsdatum 13 Oktober 1999). Die veld is 2 boogmin aan 'n kant met noord op en oos na links. Beeldkrediet: Z.H. Zhang et al.
Daar word beraam dat dit ongeveer 10 miljard jaar gelede gevorm het, en VLT-metings dui ook daarop dat J0104 & # 8212 'n L-dwerg van L-tipe & # 8212 'n massa het wat gelyk is aan 90 keer dié van Jupiter, wat dit die massiefste bruin dwerg tot nog toe is.
Donker materie kan eksoplanete genoeg verhit om hulle te laat gloei
Ons weet dat daar donker materie bestaan, maar irriterend, ons weet nie wat dit is nie.
Een manier om dit uit te vind, is om hier op aarde na tekens daarvan te soek met behulp van subatomiese deeltjieverklikkers. Maar 'n nuwe idee wat pas in 'n wetenskaplike tydskrif gepubliseer is, is dat ons groter moet word. Baie groter: gebruik hele eksoplanete as detektore.
Ek gee beslis punte vir hulle om oorspronklik te dink.
Donker materie is 'n vorm van materie wat massa en swaartekrag het, maar nie lig uitstraal of direk met normale * materie in wisselwerking tree nie. Dit beïnvloed die manier waarop sterrestelsels draai, die manier waarop sterrestelsels in trosse optree, die manier waarop trosse die lig van voorwerpe daaragter beïnvloed, en ook 'n aantal ander dinge. Ons weet dit bestaan. En oor die dekades heen het mense daarna gesoek, maar byna alles wat moontlik kan werk, is uitgeskakel. Dit is nie tieneragtige swart gate, of skelm planete of koue gas nie. Niks gemaak van normale materie werk nie, en laat slegs "eksotiese" subatomiese deeltjies soos aksies as kandidate agter. Daar is ook probeer om na diegene te soek, maar tot dusver kan dit gerus word.
Hier kom die nuwe idee in.
Kunswerke wat die Melkwegstelsel uitbeeld wat in 'n stralekrans van donker materie ingebed is. Krediet: ESO / L. Calçada
Die meeste teoretiese modelle van donker materie as subatomiese deeltjies toon dat ons Melkwegstelsel honderdduisende ligjare dwarsdeur in 'n groot glorie ingebed is, maar hierdie stralekrans is nie homogeen nie. Dit is digter in die rigting van die galaktiese middelpunt, en minder dig hier buite in die voorstede, 26 000 ligjaar vanaf die kern.
Ook een teoretiese tipe donker materie (in die algemeen WIMP's genoem, vir massiewe deeltjies met swak interaksie) kan interaksie met normale saak, maar doen dit, wel, swak. As een van hierdie 'n elektron of proton teëkom, kan dit afstoot, wat fisici verstrooiing noem. Die kritieke deel hiervan is dat as dit gebeur, die deeltjie van die donker materie energie verloor - dink daaraan as die deeltjie vertraag.
Stel u nou 'n groot ou planeet voor in die ruimte. Dit het 'n baie elektrone en protone daarin, so baie kanse dat 'n donker materie-deeltjie versprei. As die deeltjie genoeg vertraag, kan die swaartekrag van die planeet genoeg wees om dit vas te vang, sodat dit deel van die planeet word. In 'n sekere sin bied die planeet wrywing om die deeltjie te vertraag om te stop, en dit genereer hitte - net soos jou remblokkies op 'n motor of fiets warm word as jy dit gebruik.
Dieselfde soort deeltjies van donker materie kan ook vernietig, dit wil sê as twee van hulle bymekaar kom, word dit suiwer energie (soos wanneer materie en antimaterie bots). Dit genereer ook baie hitte. Hulle kan dus eers 'n planeet verhit deur gevang te word, en dan kan hulle vernietig en meer hitte opwek as hulle binne-in die planeet versamel.
Jupiter in infrarooi deur die Gemini Observatory, wat warmer gebiede helderder en koeler donkerder toon. Krediet: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA, M.H. Wong (UC Berkeley) et al. Erkennings: M. Zamani
Dit verg baie donker materie om 'n planeet natuurlik aansienlik te verhit. Maar modelle van die galaktiese stralekrans wys dat dit redelik dig word na die middestad van die sterrestelsel. Deur die getalle in hul referaat op te stel, vind die wetenskaplikes dat daar genoeg donker materie in die galaktiese middelpunt kan wees dit kon opgespoor word deur ekstra warm planete te soek.
Die hoeveelheid verhitting hang van twee dinge af: hoe warm 'n planeet in die algemeen is en waar dit in die galaktiese donker materie-stralekrans is. Hoe kouer 'n voorwerp is, hoe makliker is dit vir donker materieverhitting om beter te presteer as die interne warmte wat deur die nie-donker materie veroorsaak word. Byvoorbeeld, Jupiter is nog warm oorskiet van sy vorming, en dit word mettertyd afkoel. As u op soek is na 'n eksoplanet wat regtig oud is, maar steeds warm is, is dit 'n goeie bewys vir hierdie idee. 'N Skelm planeet - een in die ruimte wat nie om 'n ster wentel nie - sou nog beter wees, aangesien 'n ster nie die waarnemings sou bemoei nie. En om na een naby die galaktiese sentrum te soek, sou help, want daar is meer donker materie.
Die beste opsie, is volgens hulle, 'n proses in twee stappe. Die eerste stap is om na Jupiter-massa-eksoplanete in ons plaaslike omgewing te soek om te sien of hulle warmer is as wat verwag is, want as hulle naby is, is dit makliker om te sien, alhoewel daar minder donker materie is om hulle op te warm.
Kunstenaarstekening van 'n eensame bruin dwerg in die ruimte wat gloei in sigbare lig. Krediet: NASA / JPL-Caltech
Die tweede stap is om te soek na meer massiewe - tegnies bruin dwerge, voorwerpe meer as 'n dosyn keer Jupiter se massa tot ongeveer 80 keer (meer massief en hulle word sterre) - nader aan die galaktiese middelpunt, waar donker materie is digter. Sommige modelle dui aan dat 'n andersins koue bruin dwerg tot meer as 1000 ° C verhit kan word deur interaksies met donker materie!
Die sleutel om dit te soek, is nie soseer op soek na warm bruin dwerge nie, maar om koue te soek. Warm mense word verwag as hulle in elk geval jonk is, maar as jy koue in die galaktiese sentrum vind wat die hipotese vervals (of ten minste verswak). Die wetenskaplikes stel voor dat die James Webb-ruimteteleskoop of die komende Nancy Romeinse ruimteteleskoop in die infrarooi na beide nabygeleë Jupiters en bruin dwerge in die verte soek.
Ek sal opmerk dat daar baie van is ifs tussen die hipotese en om eintlik hierdie voorwerpe te vind. Dit is 'n interessante idee, maar die kans is 'n bietjie lank. Gegewe hoe ontwykend donker materie al was, is dit waarskynlik die moeite werd om te skiet, veral as hulle in elk geval ander waarnemings wat hierdie teleskope gedoen het, kan gebruik en die data kan soek vir hul teikeneksoplanete. Die betrokke wetenskaplikes beplan meer artikels met besonderhede.
En ek moet daarop let: ongelooflik, een van die twee wetenskaplikes wat die referaat geskryf het, Juri Smirnov, sê dat hy geïnspireer is om bruin dwerge as moontlike donkerstofdetektore uit Crash Course Astronomy te ondersoek! Dit is 'n reeks video's wat ek saam met Hank en John Green se Complexly-produksiemaatskappy gemaak het. Dit is 'n inleidende kursus in sterrekunde.
Smirnov is 'n deeltjiefisikus en was in die joernaalklub van die Ohio State-afdeling vir sterrekunde - 'n algemene praktyk, waar studente en fakulteite elke oggend informeel bymekaarkom (hulle noem dit Astro Coffee) vir 'n halfuur om onlangse referate te bespreek. Hy het gesê dat hy nie vertroud was met al die voorwerpe en verskynsels wat bespreek is nie, en daarom het hy aanlyn gekyk en Crash Course gevind, spesifiek die episode oor bruin dwerge. Dit het hom aan die dink gesit om dit as deeltjieverklikkers te gebruik, en yada yada yada, hy en sy kollega Rebecca Leane het die werk gedoen en die vraestel geskryf.
So. Ek sal eerlik wees: ek wortel dat hulle donker materie op hierdie manier opspoor, want 1) die wetenskaplike belang daarvan is groot, en b) dit is 'n gawe idee en dit sal lekker wees as hierdie metode werk.
Is Dark Matter die nuwe eter?
Maar ons soek hulle al 'n rukkie. Ons het ongelooflike sensitiewe, bisarre instrumente gebou om daarna te soek. Dit sluit in vate vloeibare xenon wat kilometers onder die grond geberg word, en teleskope wat op soek is na donker materie-deeltjies wat verval in dinge wat ons kan sien en meet, soos gammastrale. Dit bevat die Large Hadron Collider, een van die duurste wetenskaplike eksperimente wat ooit gebou is. En ons het hulle nie gevind nie. Ons het nie die WIMP's self gevind nie, en ons het nie oortuigende bewyse gevind dat dit bestaan nie.
Behalwe natuurlik vir die aanhoudende bewyse wat ons nie kan ignoreer nie, wat sê dat die heelal swaarder is as wat ons kan sien.
Op hierdie stadium neem die onrusbarende gevoel weer toe. Dekades gelede was wetenskaplikes vol vertroue oor die bestaan van die 'gloeilamp' as medium om lig te dra. Nou word daar daarna teruggekyk as 'n onbeholpe oortuiging wat veel vroeër moes laat val het as wat dit was. Wetenskaplikes het volgehou omdat hulle seker was dat lig, soos klank, 'n medium nodig het om deur te beweeg, ondanks die bewyse wat teen hierdie konsep ophoop. Nadat wetenskaplikes een keer mislei is, moet hulle vra: Is donker materie die nuwe eter?
Vir dekades het 'n paar skelm wetenskaplikes hopelik aan die rand van respek gestaan en hul teorie, Modified Newtonian Dynamics, oftewel MOND, aangebied. In wese staan daar dat fisika nie werk soos ons dit op die grootste skaal ken nie. Dit sê dat ons die verkeerde gevolgtrekkings gemaak het, en dat donker materie nie nodig is om die heelal te verklaar nie. Niemand het daarin geslaag om 'n teorie van MOND te ontwikkel wat die heelal rondom ons voldoende verklaar nie, maar soms kry dit bekeerlinge bloot omdat die mededingende teorie van donker materie 'n opvallende fout het: ons kan dit nie vind nie.
Miskien is ons verkeerd oor iets in die standaardmodel wat definieer hoe die kleinste deeltjies in die heelal optree en interaksie het, en donker materie bestaan, maar in 'n heel ander vorm as wat ons verwag. Of miskien is ons verkeerd oor die swaartekragwette.
Of miskien, miskien selfs môre, sal 'n eksperiment 'n neutralino opstel presies waar navorsers sê dit moet wees. 'N Deeltjie sal 'n tenk ondergekoelde xenon tref. Die LHC-span sal 'n nuwe deeltjie ontdek. Die wetenskap is moeilik, en gesien in die lig van die lang verhaal van wetenskaplike vooruitgang, het ons eers gister na donker materie begin soek. Totdat iets verander, sal ons onrustig moet rus met die onrusbarende moontlikheid dat fisika soos ons dit ken, baie verkeerd kan wees.
Waarnemings bespeur 'n bruin dwerg wat om die ster TOI – 1278 wentel
'N Internasionale span sterrekundiges berig die ontdekking van 'n metgesel aan die M-dwergster bekend as TOI – 1278. Die nuutgevonde voorwerp blyk 'n bruin dwerg te wees wat byna 20 keer so massief is as Jupiter. Die bevinding word uiteengesit in 'n artikel wat op 8 Junie op die arXiv-voorbedrukbediener gepubliseer is.
Bruin dwerge is tussenvoorwerpe tussen planete en sterre en beslaan die massa tussen 13 en 80 Jupiter-massas. Alhoewel baie bruin dwerge tot op hede opgespoor is, is sulke voorwerpe wat om ander sterre wentel 'n seldsame vonds.
Nou het 'n groep sterrekundiges onder leiding van Etienne Artigau van die Universiteit van Montreal, 'n nuwe seldsame bruin dwerg in 'n binêre stelsel opgespoor. Met behulp van die Kanada-Frankryk-Hawaii-teleskoop (CFHT), het hulle gevind dat die ster TOI – 1278 van die spektrale tipe M0V deur 'n massiewe voorwerp wentel.
"Die stelsel is eers geïdentifiseer deur middel van 'n persent diep deurvoer in die TESS-fotometrie. 'N Verdere analise het getoon dat dit 'n weiding is van 'n Jupiter-grootte voorwerp. Opvolg van radiale snelheid (RV) met die SPIRou byna-infrarooi hoëresolusiesnelheidsmeter en spektropolarimeter in die raamwerk van die SPIRou Legacy Survey (SLS) van 300 nagte wat by die Kanada-Frankryk-Hawaii-teleskoop (CFHT) uitgevoer is, het gelei tot die opsporing van 'n Kepleriaanse RV-sein met 'n semi-amplitude van 2,306 ± 10 m / s in fase met die 14,5-dae transito periode, 'het die sterrekundiges verduidelik.
Die nuutgevonde bruin dwerg het TOI – 1278 B gekry en daarom is die ster TOI-1278 A aangewys. Die bruin dwerg wentel elke 14,5 dae om die ster en sy baan het 'n effense, maar nie-nul eksentrisiteit.
Volgens die artikel het TOI – 1278 B 'n radius van ongeveer 0,97 Jupiter-straal en is dit 18,5 keer massiewer as die grootste planeet van ons sonnestelsel. Die digtheid daarvan is dus ongeveer 18 g / cm3.
Die waarnemings toon dat TOI – 1278 B van TOI-1278 A met ongeveer 0,095 AE geskei is. Aangesien TOI-1278 A ongeveer 31 keer groter is as sy metgesel, maak sulke kort skeiding TOI-1278 uniek onder bekende M-dwergstelsels. Die sterrekundiges het opgemerk dat stelsels met soortgelyke massaverhoudings bestaan met skeidings tussen tien en duisende AU's.
"Die aantal bekende bruin dwerggenote in 'n omliggende baan rondom sterre van die hoofreeks is relatief klein, alhoewel dit oor die algemeen makliker is om te vind as planeetgenote. Dit word vanuit 'n vormingsoogpunt verwag, met naby-binêre binaries wat massa het. verhoudings wat na eenheid neig. Terwyl die meeste sulke metgeselle om sonagtige sterre wentel, kombineer TOI – 1278 relatief seldsame eienskappe, is daar min naby (
Waarom is bruin dwerge nie die donker stof nie? - Sterrekunde
Bruin dwerge is sub-sterre voorwerpe met massas tussen dié van sterre en planete, gewoonlik tussen 10 en 90 keer deur die massa van Jupiter. Hulle het nie genoeg massa om energie te produseer deur kernfusie nie. Die klein hoeveelheid energie wat hierdie voorwerpe vrystel, kom eerder uitsluitlik van die hitte wat daarin gestoor is tydens die ineenstorting van die moedergaswolk waaruit hulle gevorm het. Bruin dwerge koel dus geleidelik af met kosmologiese tyd.
Bruin dwerge word soms na verwys as & # 8216-mislukte sterre & # 8217, aangesien hulle massiewer as planete is, maar nie genoeg massa het om kernfusie in hul kern te onderhou nie. Volgens huidige teorieë is die massa wat benodig word om kernfusie te handhaaf ongeveer 1/12 de van 'n sonmassa (of ongeveer 90 keer die massa van Jupiter). Dit stel dus die boonste massalimiet vir bruin dwerge. Die onderste limiet vir klassifikasie as 'n bruin dwerg is ietwat arbitrêr, maar gewoonlik is 'n massa groter as 1/80 de van 'n sonmassa nodig om 'n voorwerp as 'n bruin dwerg en nie 'n planeet te kan klassifiseer nie.
Die kerntemperature van bruin dwerge moet onder ongeveer 3 miljoen grade wees, want by hierdie temperatuur word samesmelting volhoubaar. Die oppervlaktemperature is 1 000 grade Kelvin of minder. In 2011 ontdek die NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ses uiters koel bruin dwerge wat bekend staan as Y-dwerge, wat temperature tot 300 Kelvin het, wat die temperatuur van die menslike liggaam is! By sulke koel temperature bevat die atmosfeer van bruin dwerge baie molekules, insluitend metaan en selfs water.
Vanweë hul lae temperature en klein grootte het bruin dwerge uiters lae helderheid (ongeveer 1 / 100.000 ste van die sonligsterkte). Dit maak hulle uiters moeilik om waar te neem. Dit is inderdaad selfs met moderne teleskope byna onmoontlik om bruin dwerge verder te sien as twee of driehonderd ligjare. Gevolglik is die eerste bevestigde bruin dwerg eers in 1995 waargeneem.
Vanweë hul buitengewone lae helderheid was bruin dwerge een van die voorgestelde kandidate vir baryoniese donker materie. Tans dui die waarnemings egter daarop dat daar onvoldoende getalle bruin dwerge is om 'n beduidende fraksie van die ontbrekende massa van die Melkweg te verklaar.
Bestudeer sterrekunde aanlyn aan die Swinburne Universiteit
Alle materiaal is © Swinburne Universiteit van Tegnologie, behalwe waar aangedui.
19 Sterrestelsels ontbreek blykbaar 'n donker saak. Niemand weet waarom nie.
Negentien nuut ontdekte dwergstelsels mis blykbaar hul donker materie, en fisici weet nie waarom nie.
Negentien nuut ontdekte dwergstelsels mis hul donker materie skaars, en fisici weet nie waarom nie.
Die vonds vermeerder dramaties die aantal sterrestelsels wat lyk asof dit donker materie ontbreek, die geheimsinnige, onsigbare goed wat swaartekrag uitoefen, maar tog geen lig uitstraal nie. Daar word vermoed dat donker materie 'n belangrike bestanddeel is in die vorming van sterrestelsels, met sy swaartekrag wat atome van gas saamtrek om sterrestelsels te vorm. Ons kan sien dat donker materie in 'n sterrestelsel voorkom, omdat dit die materie in daardie sterrestelsel vinniger laat draai as wat die materie wat ons sien, die massa van die sterrestelsel vorm. Hierdie vinniger warrel het in elke sterrestelsel verskyn wat presies gemeet kon word. Onlangs het navorsers egter gevind dat sekere klein sterrestelsels, wat nou hierdie 19 insluit, optree asof hulle deur baryons oorheers word en die deeltjies waaruit gewone materie bestaan, mash. Die bewyse vir hul ongesiene hale van donker materie ontbreek.
Kyle Oman, 'n astrofisikus aan die Durham-universiteit in die Verenigde Koninkryk, wat nie by hierdie ontdekking betrokke was nie, het gesê dat hierdie sterrestelsels die langste lys van skynbaar donker materievrye voorwerpe is wat nog gerapporteer is. Maar hulle is nie die vuis nie.
Die mees onlangse ontdekking van 'n sterrestelsel wat skynbaar donker materie het, het in Maart 2018 plaasgevind. 'N Span astrofisici onder leiding van Pieter van Dokkum, 'n astrofisikus aan die Yale Universiteit, het getoon dat die gemiddelde snelheid van bolvormige trosse in sterrestelsel NGC 1052 en ndashDF2 ooreenstem met 'n barion net die melkwegmodel, alhoewel baie die geldigheid van die resultaat bevraagteken het, soos Live Science berig het.
Alhoewel die verhaal afgespeel het, het addisionele spanne sterrestelsels gevind wat blykbaar 'n gebrek aan donker materiaal gehad het. Daardie navorsers het 'n ander metode gebruik, wat die beweging van waterstofatome in 'n verre sterrestelsel uitsonder en die "H1-draai kurwes" en mdash van die sterrestelsel wys om aan te dui dat die wolke van die gas draai asof hulle nie onder die invloed van donker materie is nie. Oman het aan een so 'n artikel gewerk, wat op 25 September in The Astrophysical Journal Letters gepubliseer is.
Die nuutste artikel, gepubliseer op 25 November in die vaktydskrif Nature Astronomy, het die 19 sterrestelsels sonder materie op dieselfde manier geïdentifiseer.
Till Sawala, 'n astrofisikus aan die Universiteit van Helsinki, het gesê: "Hierdie H1-draai kurwes is akkurater" as die metode wat van Dokkum se span gebruik het. Daar is egter steeds 'sistematiese onsekerhede' in die metings wat nog opgelos moet word.
As die hoek van die gasheerstelsel ten opsigte van die aarde verkeerd gemeet word, kan dit die berekeninge vergroot, het Oman gesê. En gebeurtenisse soos supernovas kan die gas in 'n normale sterrestelsel versnel, wat rotasiekrommels skep wat van die aarde af lyk soos die sterrestelsels in hierdie nuwe artikel, het Sawala gesê. Hoe dit ook al sy, meer opvolgwerk is nodig om die donker materie-vrye eis te bevestig, het al die kenners (insluitend die skrywers van die studie) gesê.
As dit blyk dat sekere sterrestelsels nie die normale hoeveelheid donker materie het nie, is dit 'n probleem vir huidige teorieë oor hoe die heelal gevorm het.
Natuurkundiges verduidelik hoe die heelal gevorm en optree met behulp van 'n model bekend as Lambda koue donker materie (& LambdaCDM). Dit beskryf drie sleutelkenmerke van die heelal: die kosmologiese konstante (& Lambda), donker materie en donker energie.
& LambdaCDM verduidelik die manier waarop sterrestelsels vorm, het Sawala gesê, en dit kan nie maklik verklaar hoe hierdie spesifieke sterrestelsels sonder donker materie kon gevorm het nie.
Sommige van die voorbeelde wat verskyn het, het Oman gesê, kan deur die & LambdaCDM verduidelik word. Byvoorbeeld, dwergstelsels in die middel van digte sterrestelsels het baie ander swaartekragbronne om hul donker materie te verwyder. Maar in hierdie koerant, het Oman gesê, is sommige van die donker materievrye sterrestelsels alleen, ver van enige ander swaartekragbron.
'Dit is 'n uitdaging,' het Oman gesê.
Sommige navorsers het die bewyse van donker materievrye sterrestelsels aangebied as die uitklophou in 'n stryd tussen & LambdaCDM en 'n ander stel teorieë wat bekend staan as Modified Newtonian Dynamics (MOND). MOND-teorieë verwerp donker materie ten gunste van aanpassings aan die fisika van swaartekrag. Aangesien swaartekrag oral in die heelal moet optree, sou MOND voorspel dat wat ons donker materie noem ook oral moet wees, ook elke sterrestelsel. Maar as hierdie sterrestelsels MOND oortree, oortree dit ook & LambdaCDM, so dit is nie regtig 'n uitklophou vir MOND nie, het Sawala gesê.
Natuurkundiges het gesê die enigste manier om uit te vind wat aangaan, is om hierdie sterrestelsels in baie meer besonderhede te bestudeer met behulp van verskillende instrumente en om te bevestig dat dit wat regtig daar gebeur, regtig gebeur.
Waarom is wetenskaplikes nie meer skepties oor donker materie nie?
Die indruk van hierdie kunstenaar verteenwoordig kleinskaalse konsentrasies van donker materie in die sterrestelselgroep. [+] MACSJ 1206. Sterrekundiges het die hoeveelheid gravitasie-lens wat deur hierdie groep veroorsaak is, gemeet om 'n gedetailleerde kaart te gee van die verspreiding van donker materie daarin.
Wat is dit presies wat u moet doen as die voorspellings van u beste wetenskaplike teorieë nie ooreenstem met wat u waarneem nie? Die eerste stap is om u resultate onafhanklik weer te gee en te verseker dat u geen fout gemaak het nie. Die tweede stap is om vas te stel of hierdie wanverhouding vir 'n wye verskeidenheid toestande voorkom, om dit te kwantifiseer in 'n poging om presies te leer wat dit beteken. En die derde stap - as u moedig genoeg is - is om 'n teoretiese verklaring te probeer vind wat dinge weer in lyn bring.
Oor die algemeen is daar slegs twee teoretiese verklarings wat die moeite werd is om te oorweeg: óf u het die reëls verkeerd, en dit moet verander word volgens wat u voor hierdie kritieke metings gedink het, of u het die bestanddele verkeerd, en iets anders speel bo en behalwe wat u vroeër oorweeg het. Maar as dit kom by die probleem van swaartekrag-effekte gebaseer op die saak wat ons nie met ons voorspellings ooreenstem nie, roep wetenskaplikes byna altyd donker materie op en oorweeg dit selde om die swaartekragwet te verander: Algemene Relatiwiteit. Dit lyk op die oog af onregverdig, maar daar is 'n baie dwingende rede waarom professionele mense dit oorweldigend doen. Daar is 'n rede waarom wetenskaplikes donker materie so aanvaar, en dit is tyd dat die res van ons presies weet waarom.
Binne die sonnestelsel wentel die planete, asteroïdes en ander liggame almal ellipties oor die son. [+] -pad, met die voorwerpe op nouer wentelbane met vinniger snelhede as die voorwerpe op groter, verre bane. Terwyl Mercurius binne net 88 dae om die Son wentel en Neptunus dit neem
700 keer so lank om 'n omwenteling te voltooi, is Mercury se rou spoed meer as 40 km / s, terwyl Neptunus slegs 5,4 km / s is.
As ons heeltemal teruggaan na die 1800's, kan ons maklik twee voorbeelde van 'n ouer weergawe van hierdie presiese probleem vind. Binne ons sonnestelsel was dit bekend dat Newton se swaartekragwette ongelooflik suksesvol was. Hulle het sonder enige fout groter as die akkuraatheid van ons metings die wentelbane van elke hemelliggaam verduidelik. Van die Aarde / Maan-stelsel tot die wentelbane van die planete, asteroïdes en komete rondom die Son tot by die mane van ander planete, het Newton se vergelykings die posisies en snelhede van elk van hierdie voorwerpe korrek voorspel.
Maar in die middel van die 19de eeu het daar twee probleme begin ontstaan. Die eerste was Uranus. Ons planete het almal baie lank bestaan en akkuraat opgespoor, behalwe Uranus, wat die eerste keer in net 178 ontdek is. Aanvanklik het Uranus met 'n effens groter spoed beweeg as wat Newton (en Kepler) se wette voorspel het, maar vanaf die vroeë 1800's tot in die 1820's, het die verskynsel verdwyn, aangesien die planeet teen die regte spoed beweeg het. Miskien was die vorige metings verkeerd. Dit was eers in die 1830's en daarna dat wetenskaplikes bekommerd geraak het, want Uranus het weer teen die verkeerde spoed begin reis: hierdie keer te stadig.
29 Intelligente uitheemse beskawings het ons miskien al raakgesien, sê wetenskaplikes
Uitgelê: Waarom hierdie week se 'Strawberry Moon' so laag, so laat en so helder sal wees
Oxford loods 'n nuwe proef met Ivermektien vir koviede behandeling
Uranus het dekades lank te vinnig (L) beweeg, dan met die regte spoed (middel) en. [+] dan te stadig (R). Dit sou in die gravitasieteorie van Newton verklaar word as daar 'n ekstra, uiterlike, massiewe wêreld op Uranus getrek het. In hierdie visualisering is Neptunus in blou, Uranus in groen, met Jupiter en Saturnus in onderskeidelik siaan en oranje. Dit was 'n berekening wat deur Urbain Le Verrier gedoen is wat direk gelei het tot die ontdekking van Neptunus in 1846.
Independently, two scientists — Urbain Le Verrier (in France) and John Couch Adams (in England) — had the same idea: perhaps there was an additional planet out there beyond Uranus, and perhaps its gravitational influence causes these anomalous speeds. In particular:
- when the slower-moving outer planet is ahead of Uranus, it pulls Uranus forward in its orbit, causing it to accelerate,
- when Uranus begins to overtake the outer world, it gets accelerated outward (along the line-of-sight), which cannot be observed,
- and once Uranus is past the outer planet, the gravitational tug pulls it backward, causing it to decelerate.
Le Verrier sent the correct prediction to the Berlin observatory in 1846, where Neptune was discovered the very night the letter arrived. In this instance, “dark matter” was successful.
At the same time, Mercury’s orbit didn’t quite match Newton’s predictions either, with many astronomers conducting searches for an inner planet, Vulcan, thought to be responsible. But Vulcan turned out not to exist! Instead, Einstein’s formulation of General Relativity, a new theory of gravity to supersede Newton published in 1915, pointed the way forward. This time, modifying the law of gravity was the correct solution.
According to two different gravitational theories, when the effects of other planets and the Earth's . [+] motion are subtracted, Newton's predictions are for a red (closed) ellipse, running counter to Einstein's predictions of a blue (precessing) ellipse for Mercury's orbit. The observations favored Einstein, an early indicator that General Relativity was more correct than Newtonian gravity.
WIKIMEDIA COMMONS USER KSMRQ
So why, then, are we so certain that modifying the law of gravity is an inferior approach to hypothesizing a new form of mass in the Universe? It seems like a prejudicial choice on the surface, as in the face of our cosmic ignorance, we should be open to all possibilities equally.
It’s true, in a sense: if there were only one problem or puzzle to consider, both of these options would be equally reasonable as potential solutions. If you consider a system like an individual galaxy, and you measure the matter that’s present — stars, gas, dust, plasma, etc. — you’ll arrive at a prediction for how the various objects within that galaxy should orbit around its center.
Again, we find a mismatch between what theory predicts and what we actually observe. The farther away we move from the galactic center, the slower the rotational speeds ought to be. But when we measure what we actually observe, we find that the rotational speeds don’t obey that rule, and are too high at the edge. This is an observational fact that’s true of spiral galaxies in general (and many non-spirals as well), and is often used as evidence for dark matter.
A galaxy that was governed by normal matter alone (L) would display much lower rotational speeds in . [+] the outskirts than towards the center, similar to how planets in the Solar System move. However, observations indicate that rotational speeds are largely independent of radius (R) from the galactic center, leading to the inference that a large amount of invisible, or dark, matter must be present.
WIKIMEDIA COMMONS USER INGO BERG/FORBES/E. SIEGEL
On its own, however, this isn’t particularly good evidence for dark matter. The reason is this: it’s equally plausible, for this type of system, that
- there’s a missing ingredient to the Universe responsible for this additional gravitational influence, and that it doesn’t interact with light or (normal) matter, which explains why it’s invisible,
- or there are no missing ingredients to the Universe, and instead the law of gravity, which has been so well-tested on laboratory, terrestrial, and Solar System scales, might break down on even larger cosmic scales.
If this were the only evidence we possessed, it would be appallingly flimsy. Galaxies have different masses, rotational speeds, formation histories, amounts of star-formation, etc. Either one of these options offers a fine conceptual framework for making sense of what’s happening, with each posing unique quantitative challenges for this particular problem.
A galaxy cluster can have its mass reconstructed from the gravitational lensing data available, as . [+] shown here. Most of the mass is found not inside the individual galaxies, shown as peaks here, but from the intergalactic medium within the cluster, where dark matter appears to reside. If a modification to gravity is substituted for dark matter, this observation would need to be explained as well.
A. E. EVRARD. NATURE 394, 122–123 (09 JULY 1998)
The thing we have to do, if we want to be responsible scientists, is to examine the implications and consequences of these potential solutions for the rest of the Universe.
We can devise a modification of gravity, if we’re clever enough, that behaves as Einstein’s laws of gravity on Solar System-sized scales and below, but where an additional behavior appears on larger scales to explain what we see for galaxies. That modification, then, needs to be applied to the remainder of the Universe, and has to explain the dynamics of galaxy clusters, the cosmic web that forms, and all the phenomena that appear on larger scales.
Similarly, we can hypothesize adding an additional ingredient — some form of dark matter that doesn’t interact very much (or at all) with light, with normal matter, and with itself — and explain the dynamics of galaxies that way. This additional ingredient would be too diffuse to affect Solar System-sized scales and below, but could affect the larger scales significantly. Again, we’d have to apply that to the remainder of the Universe, and look for the cosmic implications.
According to models and simulations, all galaxies should be embedded in dark matter halos, whose . [+] densities peak at the galactic centers. On long enough timescales, of perhaps a billion years, a single dark matter particle from the outskirts of the halo will complete one orbit. The effects of gas, feedback, star formation, supernovae, and radiation all complicate this environment, making it extremely difficult to extract universal dark matter predictions. On larger cosmic scales and at earlier times, no such complications are present.
NASA, ESA, AND T. BROWN AND J. TUMLINSON (STSCI)
This has been, traditionally (for nearly the past 40 years), where attempted modifications to gravity fall apart, but where dark matter truly shines in its successes.
The simplest modification you could make to the law of gravity — MOND, for MOdified Newtonian Dynamics — enables you to correctly predict the rotation curves of a wide variety of galaxies, all with the same universal modification to gravitation. But when you apply that modification to larger cosmic scales, the successes cease. The speeds you predict for individual galaxies moving around in a galaxy cluster are all wrong an additional modification is required to get those right. The predictions for the structure in the cosmic web is way off, and the spectrum of fluctuations in the cosmic microwave background has the wrong number of peaks-and-valleys entirely.
While that doesn’t mean that a more sophisticated modification couldn’t work (and in fact, many have been proposed), this idea that one modification could explain a whole host of problems doesn’t appear to work out that way. For modifications to gravity, the simplest, most straightfowards, and indeed most compelling way to go about it doesn’t get you very far in the grand scheme of the Universe.
A detailed look at the Universe reveals that it's made of matter and not antimatter, that dark . [+] matter and dark energy are required, and that we don't know the origin of any of these mysteries. However, the fluctuations in the CMB, the formation and correlations between large-scale structure, and modern observations of gravitational lensing all point towards the same picture.
CHRIS BLAKE AND SAM MOORFIELD
But for dark matter, the complete opposite is true. By adding one ingredient to the Universe — a new form of matter that gravitates, but doesn’t have interactions through any of the other fundamental forces with either itself, photons, neutrinos, or normal (atom-based) matter — we’d arrive at an entirely new picture for how structure formed in the Universe.
In the earliest stages of the Universe, matter would attempt to collapse as the overdense regions would gravitationally draw additional mass in, but radiation would push back against that growth. Whereas the normal matter would interact with that radiation, being “bounced” back out when the density got too great, the dark matter would be insensitive to that effect. As a result, you would have two distinct types of behavior, superimposed atop one another:
- the behavior of the normal matter, which responded to gravity, radiation pressure, interactions with photons, as well as particle-particle interactions,
- and the behavior of dark matter, which responded to gravity and the effects of the changing environment around them, without any other interactions at all.
As our satellites have improved in their capabilities, they've probes smaller scales, more frequency . [+] bands, and smaller temperature differences in the cosmic microwave background. The temperature imperfections help teach us what the Universe is made of and how it evolved, painting a picture that requires dark matter to make sense.
NASA/ESA AND THE COBE, WMAP AND PLANCK TEAMS PLANCK 2018 RESULTS. VI. COSMOLOGICAL PARAMETERS PLANCK COLLABORATION (2018)
This natural laboratory — of the early Universe — is actually a phenomenal testing ground for dark matter. The reason is simple: when the gravitational imperfections in the Universe are small, there is a negligible amount of chaos. If we start with a small set of gravitational imperfections and a few simple ingredients (like normal matter, dark matter, neutrinos, and photons), we can calculate precisely how these imperfections will evolve as long as these imperfections are small compared to the overall matter density.
When are the imperfections small? In two places:
- at early cosmic times, before they’ve grown too significantly,
- and on large cosmic scales, which take much longer to experience large amounts of gravitational growth.
This is why it’s so vital to look at both the large-scale structure of the Universe, where the predictions of dark matter can be extraordinarily well-calculated, and at the fluctuations imprinted in the cosmic microwave background, whose features are a relic of the Universe from just 380,000 years after the Big Bang. With modern data sets from enormous large-scale structure surveys like SDSS and all-sky cosmic microwave background surveys like those conducted by WMAP and Planck, dark matter’s exquisite agreement between theory and observations are slam dunks for cosmology.
Both simulations (red) and galaxy surveys (blue/purple) display the same large-scale clustering . [+] patterns as one another, even when you look at the mathematical details. If dark matter weren't present, a lot of this structure would not only differ in detail, but would be washed out of existence galaxies would be rare and filled with almost exclusively light elements.
GERARD LEMSON AND THE VIRGO CONSORTIUM
If the observational successes weren’t so profound and unambiguous, dark matter would never have become the prevailing, accepted theory that it is today. A scientific consensus would not have arisen unless the direct evidence in favor of dark matter’s existence were overwhelming, and it is. While we still lack — and fervently search for — the critical direct-detection evidence we hope to find in terms of the particle theorized to be responsible for dark matter, the indirect evidence is so strong as to be decisive.
Astrophysically, dark matter (or something hitherto indistinguishable from it) explains an enormous suite of observations, including on the largest cosmic scales and at the earliest cosmic times: where there is the least theoretical uncertainty of all. At later times and on smaller scales, there are a lot of complications that arise, making simulations a necessity but also inherently fraught with uncertainties. When we look in the place where uncertainties are smallest, we also find the evidence that’s the strongest. In science, we often say that extraordinary claims require extraordinary evidence. When that evidence is present, however, you ignore it at your own peril.
Why aren't there more stars?
Boston University undergraduate researcher Rob Marchwinski and his colleagues in BU&rsquos Astronomy Department may have found the answer to a universal question: Why aren&rsquot there more stars?
A possible answer to that question presented itself to Marchwinski while he, graduate student Michael Pavel and Professor of Astronomy Dan Clemens used new data from the Galactic Plane Infrared Polarization Survey (GPIPS) to create the first complete map of magnetic field strength in a large, interstellar gas cloud. (The GPIPS is being conducted by BU astronomers on the 1.8-meter Perkins telescope, which is shared by Boston University and Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona.)
Stars form when large clouds of interstellar gas and dust nucleate or form centers, eventually consolidating into dense cores, which in tum collapse under the force of gravity. While the steps in the star formation process have become better understood in recent years, the rate at which new stars form has remained something of a mystery. Indeed, most models predict there should be up to ten times more stars forming than are observed. What is preventing stars from forming at faster rates?
Working with more than 3000 infrared polarization measurements&mdashout of the roughly one million gathered by the GPIPS&mdashMarchwinski was able to identify the very weak magnetic field present in a gas cloud located about 6000 light-years away in the constellation Aquila. The huge cloud, spanning an area of 30 by 120 light-years, contains more than 17,000 times the mass of the Sun in diffuse gas and dust. However, despite its enormous size, the BU researchers have measured an average magnetic field strength of just over five micro-Gauss&mdashabout one hundred thousand times weaker than the magnetic field on Earth.
They also found seven dense cores within the cloud, with average masses of one hundred times that of the Sun. These cores, which eventually will develop into new stars, are also sites of somewhat stronger magnetic field strengths that are just strong enough to prevent gravitational collapse. "It is surprising that magnetic fields as weak as these can disrupt star formation, but it seems to be the case in this cloud," said Marchwinski.
The BU findings, representing the first complete and detailed map of the magnetic field strength in an interstellar cloud, was published Aug 20 in Die Astrofisiese Tydskrif. This study and the GPIPS project were made possible by support from the National Science Foundation and Boston University&rsquos partnership with the Lowell Observatory.
