Das Rubin-Observatorium wird gespenstische Störungen von Sternströmen aufdecken, die durch dunkle Materie verursacht werden

Funkelnde Sternstränge rund um die Milchstraße könnten Antworten auf eine unserer größten Fragen zum Universum liefern: Was ist dunkle Materie? Mit Bildern, die mit sechs verschiedenen Farbfiltern aufgenommen wurden, die auf der größten Kamera montiert sind, die jemals für Astronomie und Astrophysik gebaut wurde, wird die nächste Raum- und Zeituntersuchung des Vera C. Rubin-Observatoriums Sternströme, neue Erkenntnisse rund um die Milchstraße und ihre aufschlussreichen Auswirkungen offenbaren. ihrer Wechselwirkungen mit dunkler Materie.

So faszinierend wie in der Sonne funkelnde Flüsse, zeichnen Sternströme funkelnde Bögen durch und um unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße. Sternströme bestehen aus Sternen, die ursprünglich in Kugelsternhaufen oder Zwerggalaxien gebunden waren, aber durch Gravitationswechselwirkungen mit unserer Galaxie zerstört und in lange Schlepplinien gezogen wurden.

Diese dünnen Sternspuren weisen häufig Anzeichen einer Störung auf, und Wissenschaftler vermuten, dass in vielen Fällen dunkle Materie die Ursache ist. Das Vera C. Rubin-Observatorium wird bald eine Fülle von Daten liefern, um Sternflüsse, dunkle Materie und ihre komplexen Wechselwirkungen zu beleuchten.

Dunkle Materie macht 27 % des Universums aus, kann aber nicht direkt beobachtet werden und Wissenschaftler sind sich derzeit nicht sicher, was es ist. Um mehr herauszufinden, nutzen sie verschiedene indirekte Methoden, um seine Natur zu untersuchen. Einige Methoden, wie zum Beispiel der schwache Gravitationslinseneffekt, kartieren die Verteilung der Dunklen Materie im großen Maßstab im Universum. Die Beobachtung stellarer Strömungen ermöglicht es Wissenschaftlern, einen anderen Aspekt der Dunklen Materie zu erforschen, da sie den Fingerabdruck der Gravitationseffekte der Dunklen Materie in kleinem Maßstab zeigen.

Das Vera C. Rubin-Observatorium in Chile wird ab Ende 2025 mit einem 8,4-Meter-Teleskop, das mit der größten Digitalkamera der Welt ausgestattet ist, eine zehnjährige Untersuchung des gesamten Himmels der südlichen Hemisphäre durchführen Durch sechs verschiedene Farbfilter wird es Wissenschaftlern einfacher denn je, Sternflüsse innerhalb und außerhalb der Milchstraße zu isolieren und sie auf der Suche nach Anzeichen einer Störung der Dunklen Materie zu untersuchen.

„Ich bin wirklich begeistert davon, Sternströme zu nutzen, um mehr über Dunkle Materie zu erfahren“, sagte Nora Shipp, Postdoktorandin an der Carnegie Mellon University und Mitorganisatorin der Dark Matter Working Group innerhalb der wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Rubin Observatory und LSST Dark Energy . „Mit dem Rubin-Observatorium werden wir in der Lage sein, Sternflüsse zu nutzen, um zu verstehen, wie dunkle Materie in unserer Galaxie verteilt ist, von den größten bis zu den sehr kleinen Maßstäben.“

Das Rubin-Observatorium wird Ende 2025 seinen wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen. Das Rubin-Observatorium ist ein Programm des NSF NOIRLab, das zusammen mit dem SLAC National Accelerator Laboratory Rubin gemeinsam betreiben wird.

Es gibt Hinweise darauf, dass die Milchstraße von einem kugelförmigen Halo aus dunkler Materie umgeben ist, der aus kleineren Ansammlungen dunkler Materie besteht. Diese Cluster interagieren mit anderen Strukturen, stören ihre Gravitationsdynamik und verändern ihr beobachtetes Erscheinungsbild. Bei Sternflüssen erscheinen die Ergebnisse der Wechselwirkungen mit Dunkler Materie als Falten oder Lücken in Sternspuren.

Die unglaublich detaillierten Bilder vom Rubin-Observatorium werden es Wissenschaftlern ermöglichen, sehr subtile Unregelmäßigkeiten in Sternflüssen zu identifizieren und zu untersuchen und so die Eigenschaften der massearmen Cluster aus dunkler Materie abzuleiten, die sie verursacht haben, und sogar die Arten von Partikeln zu spezifizieren, aus denen diese Cluster bestehen . .

„Durch die Beobachtung stellarer Strömungen werden wir in der Lage sein, indirekte Messungen der Dunkle-Materie-Cluster der Milchstraße bis hin zu geringeren Massen als je zuvor durchzuführen, was uns sehr gute Einschränkungen für die Eigenschaften der schwarzen Materieteilchen liefert“, sagte Shipp.

Sternströme in den äußeren Regionen der Milchstraße sind besonders gute Kandidaten für die Beobachtung der Auswirkungen der Dunklen Materie, da sie weniger wahrscheinlich durch Wechselwirkungen mit anderen Teilen der Milchstraße beeinflusst wurden, was das Problem verwirren kann. Das Rubin-Observatorium wird in der Lage sein, Sternströme in einer Entfernung zu erkennen, die etwa fünfmal größer ist als die, die wir derzeit sehen können, und es Wissenschaftlern ermöglichen, eine völlig neue Population von Sternströmen in den äußeren Regionen des Milchwegs zu entdecken und zu beobachten.

Sternströme sind schwer von den vielen anderen Sternen in der Milchstraße zu unterscheiden. Um Sternströme zu isolieren, suchen Wissenschaftler nach Sternen mit spezifischen Eigenschaften, die darauf hindeuten, dass sie wahrscheinlich als Kugelsternhaufen oder Zwerggalaxien zusammengehören. Anschließend analysieren sie die Bewegung oder andere Eigenschaften dieser Sterne, um herauszufinden, welche Sterne im Fluss miteinander verbunden sind.

„Sternströme sind wie Perlenketten, deren Sterne den Weg der Umlaufbahn des Systems verfolgen und eine gemeinsame Geschichte haben“, sagte Doktorandin Jaclyn Jensen. Kandidatin an der University of Victoria, die die Rubin/LSST-Daten für ihre Forschung zu Sternstrom-Vorläufern und ihrer Rolle bei der Entstehung der Milchstraße nutzen möchte.

„Anhand der Eigenschaften dieser Sterne können wir Informationen über ihren Ursprung und die Art der Wechselwirkungen ermitteln, die der Strom durchlaufen haben könnte. Wenn wir eine Perlenkette mit ein paar verstreuten Perlen in der Nähe finden, können wir daraus schließen, dass etwas passiert sein könnte.“ Die Kette ist kaputt.

Die 3.200-Megapixel-LSST-Kamera des Rubin-Observatoriums ist mit sechs Farbfiltern ausgestattet, darunter, insbesondere für Sternflussforscher wie Shipp und Jensen, einem Ultraviolettfilter. Der Rubin-Ultraviolettfilter wird entscheidende Informationen über das blau-ultraviolette Ende des Lichtspektrums liefern, die es Wissenschaftlern ermöglichen werden, subtile Unterschiede zu unterscheiden und Sterne aus einem Strom milchstraßenähnlicher Sterne zu trennen.

Insgesamt wird Rubin den Wissenschaftlern Tausende von Tiefenbildern liefern, die durch die sechs Filter aufgenommen wurden, und ihnen so eine klarere Sicht auf Sternströme als je zuvor ermöglichen.

Die von Rubin bereitgestellte Datenlawine wird auch neue Werkzeuge und Methoden zur Isolierung von Sternflüssen inspirieren. Shipp bemerkt: „Derzeit ist die visuelle Überprüfung potenzieller Ströme ein mühsamer Prozess. Rubins große Datenmenge bietet eine spannende Gelegenheit, über neue, automatisiertere Methoden zur Identifizierung von Strömen nachzudenken.“