Bruna dvärgstjärnor kan avslöja hemligheten med mörk materia

 

Bild https://www.iflscience.com  En konstnärs stiliserade intryck av en brun dvärgstjärna som för våra ögon skulle vara svår att skilja från en vanligt förekommande röd dvärgstjärna. Bild Sissa Medialab personal med Adobe Illustrator

Stjärnors och galaxers rörelser avslöjar gravitationskrafter som är alldeles för stora för att komma från vanlig materia. Att bestämma karaktären hos den "mörka materian" (osynlig materia) kan ses som WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles)  innebärande svagt växelverkande massiva partiklar” av materia, som vi inte kan se eller enkelt mäta och som bara ger sig till känna genom sin gravitation och svaga växelverkan med vanlig materia. WIMPS är en möjlig förklaring till mörk materia.

Just på grund av dess svaga växelverkan med vanlig materia skulle WIMPS vara mycket svåra att upptäcka, så trots att de är en av de tidigaste förklaringarna som föreslagits har de ännu inte hittats (om det finns).

Mörk materia tros vara hopad nära galaxers centrum där den utsätts för gravitationskrafter. Om WIMPS utgör en stor andel av mörk materia betyder det att  koncentreras där till en plats där de beter sig annorlunda än på platser där den är mer utspridd. Ett sådant distinkt beteende kan vara att få så kallade bruna dvärgar att skina upp. 

– Mörk materia växelverkar genom gravitation så den kan fångas in av stjärnor och ackumuleras inuti dem. Om det händer kan den också interagera med sig själv och förintas vilket frigör energi som värmer upp stjärnan, beskriver Dr Jeremy Sakstein vid University of Hawaii. Mörk materia som överladdar en stjärna är dock svår att upptäcka. Stjärnan är redan ljusstark, så det är svårt att säga om den är varmare och ljusare på grund av mörk materia.

 Å andra sidan har bruna dvärgar, objekt med 1,2-8 procent av solens massa, inte tillräckligt med gravitationskraft för att initiera fusion i vanligt väte. De lyser svagt genom en kombination av värme från deras bildning och sammansmältningen av sällsynt deuterium, som kan inträffa vid lägre tryck än vanligt väte. "Ju mer mörk materia du har omkring dig, desto mer kan du fånga in", beskriver Sakstein.

Det som skulle vara en brun dvärg blir vad teamet kallar en "mörk dvärg", som ironiskt nog inte är mörk, eftersom  energin kommer ut som ljus.

Teorin fungerar bara om mörk materia består av WIMPS, eller något liknande, snarare än förklaringar som sterila neutriner, axioner och en mängd andra förslag.

Så om vi hittar en mörk dvärg har vi omedelbart minskat sökandet efter mörk materia dramatiskt.

"Det fanns några markörer, men vi föreslår litium-7 eftersom det skulle vara en unik effekt." Beskriver Sakstein. Litium-7 smälter lätt samman i vanliga stjärnor. Följaktligen är det bara de yngsta stjärnorna som har märkbara mängder. Det är dock bara de tyngre mörka dvärgarna som skulle förbränna litium-7, förutsatt att de fungerar som vi förväntar oss. Det betyder att även om de tyngre mörka dvärgarna skulle se ut som märkligt ljusröda dvärgar, borde det finnas en lägre masspopulation som kan särskiljas genom närvaron av litium-7.

Därför, om litium-7 upptäcktes i vad som verkar vara stjärnor nära Vintergatans centrum, är den mest troliga förklaringen att dessa skulle vara mörka dvärgar och att området är översvämmat av WIMPS.

Studien är publicerad i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics och ett preprint finns tillgängligt på arXiv.