Detektörer av mörk materia vet knappt någonting om mörk materia, men nu vet de detta: Det beter sig annorlunda i gamla galaxers fransar än i nya.
Mörk materia är de saker vi inte kan se i universum. Det utgör större delen av massan i universum men avger inte ljus. Men det tuggar på allt med allvar. Allt i universum fungerar som om det dras på av stora tunga moln av något vi inte kan se. Astronomer är bara inte säker på vad det är.
En ny artikel, som publicerades 3 januari i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, hjälper dock att begränsa den.
Det mesta av den mörka materien som forskarna är medvetna om finns i "glorier" eller moln i galaxer. Men det finns ett problem: Dessa kärnor uppför sig inte som de ska, enligt datorsimuleringar.
När forskare modellerar beteendet hos halo av mörk materia, bildar dessa strukturer vanligtvis vissa former: täta bollar av mörk materia i centrum av galaxerna, omgiven av molniga visps i grejerna. Astronomer kallar detta för "cusp" -fördelningen av mörk materia. Men i verkligheten uppträder många galaxer som om deras mörka materie kretsar i galaxens yttre räckvidd och omger en "kärna" som är mer eller mindre tom för det osynliga materialet. Astronomer kallar detta avvikelse som "cusp-core" -problemet.
Den populära förklaringen till cusp-core-problemet, kallad "Self Interacting Dark Matter" -modellen (SIDM), tyder på att inte bara mörk materia existerar helt utanför den fysik vi direkt kan upptäcka och förstå, utan den fungerar också på själv med hjälp av okända krafter. Om mörka materies interaktioner med sig själv skiljer sig från dess interaktioner med vanligt ämne, kan det förklara hur det lyckades resa från galaxernas centrum ut mot deras kanter.
Men denna förklaring kan vara överkomplicera saker, föreslår den nya studien.
En annan kraft skulle kunna skjuta ut mörk materia från galaxernas centrum: uppvärmning av mörk materia. Det hänvisar till intensiv energi och vind från stjärnbildning som skjuter ut mörkt material ur galaxens centrum (där de flesta nya stjärnor bildas). Men det finns lite direkt bevis för detta fenomen, och även om det fanns, är det inte klart om sådan uppvärmning skulle vara tillräckligt kraftfull för att förklara skillnaden mellan modeller av mörk materialfördelning och vad observationer visar.
Detta nya papper tyder dock på att uppvärmning av mörk materia är rätt förklaring.
Författarna studerade 16 dvärggalaxier uppdelade grovt i två kategorier: galaxer som slutade bilda stjärnor för miljarder år sedan och galaxer som slutade bilda stjärnor mer nyligen eller fortfarande bildar stjärnor.
Forskarna fann att de äldre, mindre aktiva galaxerna hade en tendens att ha cusps av mörk materia - regioner i deras centra med massor av mörk materia. Mer aktiva galaxer tenderade att ha tomma kärnor.
De nya resultaten tyder på att uppvärmning av mörk materia är verklig och spelar en viktig roll i hur mörk materia beter sig, skrev forskarna. Galaxer som för länge sedan slutade att bilda stjärnor hade också mindre energi för att skjuta mörk materia ut ur det galaktiska mitten. I dessa fall uppträdde mörk materia på det sätt som enkla modeller förutspår att det borde. Mer aktiva stjärnbildande galaxer hade mer uppvärmning, och det fick den mörka materien där att avvika från modellerna.
Om denna upptäckt är korrekt, begränsar det möjligheterna för vad mörk materia kan vara, dock inte dramatiskt: Det måste bara vara något som skulle blåsa ut från mitten av en galax med massor av nya stjärnor. Och detta resultat kan betyda att det är onödigt att föreslå alla slags bisarra mörka materialegenskaper för att förklara hur ämnet beter sig.
Inget är fortfarande säkert. Forskarna erkände i sin tidning att de förlitade sig på metoder för att simulera mörk materia som har kommit under viss kritik. Det kan finnas andra galaxer där ute med egenskaper någonstans mellan cusp- och kärnmodellerna, vilket skulle komplicera de nya resultaten.
Men för närvarande kan detektörer av mörka ämnen fästa ytterligare ett bevis på sina anslagstavlor täckta med röd sträng.
