Bruine dwergen, een soort ‘mislukte sterren’, kunnen donkere materie in hun kern bevatten. Astronomen hebben nu een manier gevonden om deze verstoptruc aan het licht te brengen.
In het centrum van sterrenstelsels kunnen bruine dwergen verstopt zitten die donkere materie herbergen. Astronomen hebben nu een lijstje kenmerken opgesteld waarmee ze deze bijzondere objecten kunnen identificeren.
Mislukte sterren
Bruine dwergen zijn hemelobjecten die eigenlijk geen planeet mogen heten, maar die ook net geen ster zijn. Het zijn enorme gasbollen die groter zijn dan planeten: ze wegen tussen de 13 en 72 keer zo veel als de planeet Jupiter. Maar ze zijn wel een stuk kleiner dan sterren en ook bevatten ze niet genoeg materie om in hun kern waterstof te fuseren, zoals sterren dat doen.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
De drempelwaarde waarboven een hemellichaam waterstof begint te fuseren, en dus een ster wordt, is ongeveer 0,075 keer de massa van onze zon. Dit noemen astronomen de waterstofverbrandingslimiet. Kosmoloog Djuna Croon van de Durham-universiteit in het Verenigd Koninkrijk en haar collega’s hebben nu ontdekt dat deze grens weleens hoger kan liggen als de bruine dwergen donkere materie bevatten.
De donkere materie zou door annihilatie kunnen verdwijnen en daarbij energie vrijmaken. Volgens de berekeningen van Croon zorgt deze extra energie ervoor dat de bruine dwerg uitzet, waardoor hij iets afkoelt. ‘Daarom heb je een grotere bruine dwerg nodig om nog steeds de temperaturen te bereiken die je nodig hebt om waterstof te gaan verbranden’, zegt ze.
Donkere dwergen
De onderzoekers hebben deze objecten ‘donkere dwergen’ gedoopt. Om hun eigenschappen te achterhalen, stelde het team een vergelijking op die de interne druk van de donkere dwerg relateert aan zijn hoeveelheid energie. Hiermee konden ze berekenen hoe belangrijke kenmerken van de dwerg, zoals zijn grootte en temperatuur, in de loop van de tijd veranderen. Ze vergeleken dit met gewone bruine dwergen, die het zonder extra energie van donkere materie moeten stellen.
Gewone bruine dwergen koelen na verloop van tijd af en zijn dan niet meer helder genoeg om ze gemakkelijk met telescopen te vinden. Croon en haar team ontdekten dat donkere dwergen echter veel langer helder blijven. Ze zijn ook te herkennen aan de grotere hoeveelheid lithium die ze bevatten. Omdat donkere dwergen iets koeler zijn dan bruine dwergen, kunnen ze niet zoveel van dit element verbranden als hun donkere-materieloze broertjes dat doen.
Als sterrenkundigen bruine dwergen vinden die deze eigenschappen hebben, dan kunnen het dus donkere-materiedwergen zijn. Een statistische analyse kan uitsluitsel bieden of dat het geval is, zegt Croon.
Sterrenstelselcentrum
Het is spannend om te weten naar welke specifieke eigenschappen we kunnen kijken om deze objecten te vinden, zegt astronoom Jillian Paulin van de Universiteit van Pennsylvania in de VS. Nieuwe instrumenten, zoals ruimtelescoop James Webb en de toekomstige Nancy Grace Roman-ruimtelescoop, kunnen zaken zoals een verhoogd lithiumniveau detecteren, zegt ze.
Het is nog niet duidelijk waar we deze donkere dwergen precies kunnen vinden. Ze hebben vrij veel donkere materie nodig, wat waarschijnlijk vooral in het centrum van sterrenstelsels zit, zegt Croon. Dat zou dus weleens de plek kunnen zijn om naar donkere dwergen te speuren.
