Dunkle Materie könnte die innersten Sterne unserer Galaxie unsterblich machen

Sterne in der Nähe des Zentrums unserer Galaxie verhalten sich seltsam. Dunkle Materie könnte die Erklärung sein.

Ein Team wissenschaftlicher Detektive hat sozusagen eine potenzielle neue Klasse von Sternen entdeckt, die ein Lichtjahr vom Zentrum der Milchstraße entfernt existieren und nach einem ungewöhnlichen Mechanismus funktionieren könnten: der Vernichtung dunkler Materie. Dieser Prozess würde einen anderen äußeren Druck als die Wasserstofffusion auf die Sterne ausüben, der sie vor dem gravitativen Kollaps bewahren und sie im Wesentlichen unsterblich machen würde, da ihre Jugend ständig erneuert würde. Die Ergebnisse werden auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.

Zusammengenommen würden die von dunkler Materie angetriebenen Sterne einen neuen Bereich eines seit langem etablierten Diagramms bewohnen, das Sterne anhand ihrer Temperatur und Helligkeit klassifiziert und sie von der sogenannten Hauptreihe entfernt, in der die überwiegende Mehrheit der Sterne existiert.

Die Beobachtung unseres galaktischen Zentrums, um das sich die Sterne der Galaxie drehen, ist ziemlich schwierig, da die Region extrem hell ist. In seinem Zentrum befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, Sagittarius A*, dessen Masse vier Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne. Es handelt sich um eine helle Radiowellenquelle, die im Jahr 2022 fotografiert wurde. Sterne in der Nähe von Sgr A* umkreisen sie mit Geschwindigkeiten von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde (im Vergleich zur Umlaufgeschwindigkeit der Sonne von 240 km/s).

Diese nahe gelegenen inneren Sterne, S-Haufensterne genannt, sind sehr rätselhaft und weisen Eigenschaften auf, die mit denen aller anderen in der Milchstraße vergleichbar sind. Ihr Ursprung ist unbekannt, da die Umgebung etwa drei Lichtjahre vom Zentrum entfernt als feindlich für die Sternentstehung gilt. Sie scheinen viel jünger zu sein, als man erwarten würde, wenn sie von woanders hergekommen wären. Am mysteriösesten von allem ist, dass sie ungewöhnlich jung erscheinen, mit weniger älteren Sternen als erwartet in der Nähe und unerwarteterweise scheint es viele schwere Sterne zu geben.

Sterne sind Kernöfen, die durch Kernfusion Wärme erzeugen und Wasserstoff verbrennen. Die aus dieser Reaktion resultierende Wärmestrahlung übt zusammen mit der thermodynamischen Konvektion des Sternplasmas eine nach außen gerichtete Kraft auf die Bestandteile eines Sterns aus, hauptsächlich Wasserstoff und Helium. Diese Kraft wird durch die innere Kraft der Selbstgravitation ausgeglichen.

Das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HR) klassifiziert Sterne, indem es ihre Helligkeit gegen ihre effektive Oberflächentemperatur aufträgt. Mit Ausnahme der Weißen Zwerge und Roten Riesen verläuft die „Hauptreihe“ dieses Diagramms von links oben nach rechts unten, und die meisten Sterne fallen auf diese Kurve. (Die Sonne geht etwa in der Mitte unter, da ihre Leuchtstärken entsprechend ihrem Verhältnis zur Sonne aufgetragen sind). Sterne, die sich an verschiedenen Orten in der Sequenz befinden, entsprechen Sternen unterschiedlicher Masse und unterschiedlichen Alters.

Allerdings gibt es in der Galaxie auch Dunkle Materie. Auf seine Anwesenheit wurde aus Beobachtungen geschlossen, die eine unzureichende Menge an gewöhnlicher Materie erkennen ließen, um die über den Erwartungen liegenden Rotationsgeschwindigkeiten der Sterne um das galaktische Zentrum zu erklären.

Die Dichte der Dunklen Materie ist in der Nähe des Zentrums am höchsten und nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Man kann davon ausgehen, dass es in Sternen in der Nähe des Zentrums eingebaut wird, wo die Dunkle Materie am dichtesten ist. Wenn dies der Fall wäre, würde die Vernichtung der Dunklen Materie (dunkle Materieteilchen und Antiteilchen, die kollidieren und Photonen, Elektronen usw. produzieren) zusätzlichen äußeren Druck innerhalb eines Sterns ausüben und könnte sogar die Kernfusion dominieren.

Ein Forschungsteam aus Stockholm und Stanford hat herausgefunden, dass die Kraft der Dunklen Materie in die Dynamik der innersten Sterne integriert werden kann, also derjenigen, die etwa ein Drittel eines Lichtjahres vom Zentrum entfernt sind (das entspricht etwa 8 % der Entfernung zum nächsten Stern). zur Sonne) – löst viele der bekannten Paradoxien.

Um die Vernichtung der Dunklen Materie zu erklären, verwendete die Gruppe relativ normale Sternentstehungsparameter während der Entwicklung der Milchstraße und Teilchen der Dunklen Materie, die nur geringfügig massereicher als das Proton waren. Mithilfe eines Computermodells der Sternentwicklung gingen sie davon aus, dass Sterne auf der Hauptreihe in Richtung des galaktischen Zentrums wandern, und begannen dann, Energie aus dunkler Materie in die Zusammensetzung eines Sterns zu injizieren. Der Stern entwickelte sich dann weiter, bis er den Zweig des Roten Riesen im HR-Diagramm erreichte und ein Alter von 10 Milliarden Jahren erreichte, was der Lebensdauer der Milchstraße entspricht.

Sie berechneten Sternpopulationen ohne und mit Anwesenheit dunkler Materie. Mit dunkler Energie hatten massereichere Sterne eine geringere Dichte dunkler Materie, der Wasserstoff in ihren Kernen verschmolz langsamer und ihre Entwicklung verlangsamte sich. Aber Sterne, die sich in einer Region mit einer höheren Dichte dunkler Materie befanden, wurden erheblich verändert: Sie behielten ihr Gleichgewicht durch die Verbrennung dunkler Materie mit weniger oder keiner Fusion, was zu einer neuen Sternpopulation in einer HR-Region oberhalb der Hauptreihe führte.

„Unsere Simulationen zeigen, dass Sterne allein mit dunkler Materie als Treibstoff überleben können“, sagte Co-Hauptautorin Isabelle John von der Universität Stockholm, „und da sich in der Nähe des Galaktischen Zentrums eine extrem große Menge dunkler Materie befindet, werden diese Sterne unsterblich.“ bleibt immer jung und besetzt einen neuen, deutlich erkennbaren Bereich des RH-Diagramms.

Ihr Modell der Dunklen Materie könnte vielleicht weitere bekannte Rätsel erklären. „Bei leichteren Sternen sehen wir in unseren Simulationen, dass sie sehr aufgebläht werden und möglicherweise sogar einige ihrer äußeren Schichten verlieren“, sagte John. Sie bemerkte, dass „etwas Ähnliches im Galaktischen Zentrum beobachtet werden könnte: die sogenannten G-Objekte, die wie Sterne aussehen könnten, aber mit einer Gaswolke um sie herum.“

Es gibt nur eine begrenzte Anzahl einzelner Sterne, die so nahe am galaktischen Zentrum bekannt sind, da die Region extrem hell ist. Künftige 30-Meter-Teleskope werden in der Lage sein, die Region viel besser zu sehen, was es Wissenschaftlern ermöglichen wird, die Sternpopulation besser zu verstehen und die dunkle Hauptreihe zu bestätigen oder auszuschließen.

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