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Text File  |  1996-01-12  |  12KB  |  237 lines

  1. CONTACT:  Ray Villard, STScI       EMBARGOED UNTIL: 12:00 NOON, EST
  2.           (410) 338-4514           Tuesday, November 15, 1994
  3.  
  4.                                    PRESS RELEASE NO.: STScI-PR94-41
  5.           John Bahcall, Institute for Advanced Study
  6.           (609) 734-8054
  7.  
  8.           Francesco Paresce, STScI
  9.           (410) 338-4823
  10.  
  11.  
  12.           HUBBLE RULES OUT A LEADING EXPLANATION FOR DARK MATTER
  13.  
  14.  
  15. Two teams of astronomers, working independently with NASA's Hubble
  16. Space Telescope (HST), have ruled out the possibility that red dwarf stars
  17. constitute the invisible matter, called dark matter, believed to account 
  18. for more than 90 percent of the mass of the universe. 
  19.  
  20. Until now, the dim, small stars were considered ideal candidates for dark
  21. matter.  Whatever dark matter is, its gravitational pull ultimately will
  22. determine whether the universe will expand forever or will someday
  23. collapse. 
  24.  
  25. "Our results increase the mystery of the missing mass.  They rule out a
  26. popular but conservative interpretation of dark matter," said Dr. John
  27. Bahcall, professor of natural science at the Institute of Advanced Study,
  28. Princeton, NJ, a leader of one of the teams.
  29.  
  30. The group led by Bahcall and Andrew Gould of Ohio State University,
  31. Columbus, Ohio, (formerly of the Institute for Advanced Study) showed
  32. that faint red dwarf stars, which were thought to be abundant, actually 
  33. are sparse in the Milky Way, Earth's home galaxy, and in the universe by
  34. inference.
  35.  
  36. The team, led by Dr. Francesco Paresce of the Space Telescope Science
  37. Institute in Baltimore, MD, and the European Space Agency, determined
  38. that the faint red stars rarely form and that there is a cutoff point 
  39. below which nature does not make this type of dim, low-mass star.
  40.  
  41. The pair of HST observations involved accurately counting stars and
  42. gauging their brightness. The observations overturn several decades of
  43. conjecture, theory and observation about the typical mass and abundance of
  44. the smallest stars in the universe.
  45.  
  46.  
  47. PREVIOUS GROUND-BASED RESULTS INCONCLUSIVE
  48.  
  49. In our own stellar neighborhood, there are almost as many red dwarfs as
  50. there are all other types of stars put together.   The general trend
  51. throughout our galaxy is that small stars are more plentiful than larger
  52. stars, just as there are more pebbles on the beach than rocks.  This led
  53. many astronomers to believe that they were only seeing the tip of the
  54. iceberg and that many more extremely faint red dwarf stars were at the
  55. limits of detection with ground-based instruments. 
  56.  
  57. According to stellar evolution theory, stars as small as eight percent of 
  58. the mass of our Sun are still capable of shining by nuclear fusion 
  59. processes.
  60.  
  61. Over the past two decades, theoreticians have suggested that the lowest
  62. mass stars also should be the most prevalent and, so, might provide a
  63. solution for dark matter.  This seemed to be supported by previous
  64. observations with ground-based telescopes that hinted at an unexpected
  65. abundance of what appeared to be red stars at the faintest detection levels
  66. achievable from the ground.
  67.  
  68. However, these prior observations were uncertain because the light from
  69. these faint objects is blurred slightly by Earth's turbulent atmosphere.  
  70. This makes the red stars appear indistinguishable from the far more 
  71. distant, diffuse-looking galaxies.
  72.  
  73.  
  74. PINNING DOWN THE LONG-SOUGHT HALO POPULATION
  75.  
  76. Hubble's capabilities made it possible for a team of astronomers led by
  77. Bahcall and Gould to observe red stars that are 100 times dimmer than
  78. those detectable from the ground -- a level where stars can be distinguished
  79. easily from galaxies.  Hubble Space Telescope's extremely high resolution
  80. also can separate faint stars from the much more numerous galaxies by
  81. resolving the stars as distinct points of light, as opposed to the "fuzzy"
  82. extended signature of a remote galaxy.
  83.  
  84. Bahcall and Gould, with their colleagues Chris Flynn and Sophia Kirhakos
  85. (also of the Institute for Advanced Study, Princeton) used images of
  86. random areas in the sky taken with the HST Wide Field Planetary Camera
  87. 2 (in WF mode) while the telescope was performing scheduled
  88. observations with other instruments.  By simply counting the number of
  89. faint stars in the areas observed by HST, the scientists demonstrated that
  90. the Milky Way has relatively few faint red stars.
  91.  
  92. The HST observations show that dim red stars make up no more than six
  93. percent of the mass in the halo of the Galaxy, and no more than 15 percent
  94. of the mass of the Milky Way's disk. The Galactic halo is a vast spherical
  95. region that envelopes the Milky Way's spiral disk of stars, of which Earth's
  96. Sun is one inhabitant. 
  97.  
  98.  
  99. FAINT RED STARS MISSING FROM A GLOBULAR CLUSTER
  100.  
  101. By coincidence, Paresce pursued the search for faint red dwarfs after his
  102. curiosity was piqued by an HST image taken near the core of the globular
  103. cluster NGC 6397.  He was surprised to see that the inner region was so
  104. devoid of stars, he could see right through the cluster to far more distant
  105. background galaxies.  Computer simulations based on models of stellar
  106. population predicted the field should be saturated with dim stars -- but it
  107. wasn't.
  108.  
  109. HST's sensitivity and resolution allowed Paresce, and co-investigators
  110. Guido De Marchi (ST ScI, and the University of Firenze, Italy), and
  111. Martino Romaniello (University of Pisa, Italy) to conduct the most
  112. complete study to date of the population of the cluster (globular clusters
  113. are ancient, pristine laboratories for studying stellar evolution).  To
  114. Paresce's surprise, he found that stars 1/5 the mass of our Sun are very
  115. abundant (there are about 100 stars this size for every single star the mass
  116. of our Sun) but that stars below that range are rare. "The very small stars
  117. simply don't exist, " he said.
  118.  
  119. A star is born as a result of the gravitational collapse of a cloud of
  120. interstellar gas and dust. This contraction stops when the infalling gas is
  121. hot and dense enough to trigger nuclear fusion, causing the star to glow
  122. and radiate energy. 
  123.  
  124. "There must be a mass limit below which the material is unstable and
  125. cannot make stars," Paresce emphasizes." Apparently, nature breaks things
  126. off below this threshold." 
  127.  
  128. Paresce has considered the possibility that very low-mass stars formed long
  129. ago but were thrown out of the cluster due to interactions with more
  130. massive stars within the cluster, or during passage through the plane of our
  131. Galaxy.  This process would presumably be common among the
  132. approximately 150 globular clusters that orbit the Milky Way.  However,
  133. the ast-off stars would be expected to be found in the Milky Way's halo,
  134. and Bahcall's HST results don't support this explanation.
  135.  
  136.  
  137. THE SEARCH FOR DARK MATTER
  138.  
  139. The HST findings are the latest contribution to a series of recent, 
  140. intriguing astronomical observations that are struggling to pin down the 
  141. elusive truth behind the universe's "missing mass."
  142.  
  143. Models describing the origin of helium and other light elements during the
  144. birth of the universe, or "Big Bang," predict that less than 5% of the
  145. universe is made up of "normal stuff," such as neutrons and protons.  This
  146. means more than 90% of the universe must be some unknown material that
  147. does not emit any radiation that can be detected by current instrumentation. 
  148. Candidates for dark matter include black holes, neutron stars and a variety
  149. of exotic elementary particles. 
  150.  
  151. Within the past year, astronomers have uncovered indirect evidence for a
  152. dark matter candidate called a MACHO (MAssive Compact Halo Objects). 
  153. These previous observations detected several instances of an invisible
  154. object that happens to lie along the line of sight to an extragalactic star. 
  155. When the intervening object is briefly aligned between Earth and a distant
  156. star, it amplifies, or gravitationally lenses, the light from the distant
  157. star. 
  158.  
  159. The new HST finding shows that faint red stars are not abundant enough to
  160. explain the gravitational lensing events attributed to MACHOs.  Bahcall
  161. cautions, however, that his results do not rule out other halo objects that
  162. could be smaller than the red stars such as brown dwarfs -- objects not
  163. massive enough to burn hydrogen and shine in visible light. 
  164.  
  165. Additional circumstantial evidence for dark matter in the halo of our galaxy
  166. has been inferred from its gravitational influence on the motions of stars
  167. within the Milky Way's disk. 
  168.  
  169. Recently, this notion was further supported by ground-based observation,
  170. made by Peggy Sachett of the Institute for Advanced Study, that show a
  171. faint glow of light around a neighboring spiral galaxy that is the shape
  172. expected for a halo composed of dark matter. This could either be light
  173. from the dark matter itself or stars that trace the presence of the galaxy's
  174. dark matter.
  175.  
  176. The reality of dark matter also has been inferred from the motions of
  177. galaxies in clusters, the properties of high-temperature gas located in
  178. clusters of galaxies and from the relative amounts of light elements and
  179. isotopes produced in the Big Bang.
  180.  
  181. The ultimate fate of the universe will be determined by the amount of dark
  182. matter present. Astronomers have calculated that the amount of matter - -
  183. planets, stars and galaxies -- observed in the universe cannot exert enough
  184. gravitational pull to stop the expansion which began with the Big Bang. 
  185. Therefore, if the universe contains less than a critical density of matter 
  186. it will continue expanding forever, but if enough of the mysterious dark
  187. matter exists, the combined gravitational pull someday will cause the
  188. universe to stop expanding and eventually collapse.
  189.  
  190. Bahcall stresses, "The dark matter problem remains one of the fundamental
  191. puzzles in physics and astronomy.  Our results only sharpen the question of
  192. what is the dark matter."
  193.  
  194. Bahcall's results appeared in the November 1, 1994 issue of the
  195. Astrophysical Journal. Paresce's paper will appear in the February 10,
  196. 1995, issue of the Astrophysical Journal.
  197.  
  198.  
  199.                     * * * * * * * * * * * * * * * * * *
  200.  
  201. The Space Telescope Science Institute is operated by the Association of
  202. Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) for NASA, under
  203. contract with the Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD. The
  204. Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between
  205. NASA and the European Space Agency (ESA).
  206.  
  207.                                  * * * * *
  208.  
  209. NASA press releases and other information are available automatically by
  210. sending an Internet electronic mail message to domo@hq.nasa.gov. In the
  211. body of the message (not the subject line) users should type the words
  212. "subscribe press-release" (no quotes). The system will reply with a
  213. confirmation via E-mail of each subscription. A second automatic message
  214. will include additional information on the service. Questions should be
  215. directed to (202) 358-4043.
  216.  
  217.                                  * * * * *
  218.  
  219. To electronically access this press release and associated captioned images
  220. and background information, you can use the Internet or World Wide Web.
  221.  
  222.  
  223. Image files are on ftp.stsci.edu in the directory /stsci/epa/gif:
  224.       PR#                     GIF file            Caption text 
  225.      -----------          ------------      ---------------
  226.      STScI-PRC94-41a          DarkMatA.gif         DarkMatA.txt
  227.      STScI-PRC94-41b          DarkMatB.gif        DarkMatB.txt
  228.      STScI-PRC94-41c          DarkMatC.gif         DarkMatB.txt
  229.  
  230. The PR text is in the file /stsci/epa/PR/94-41
  231.  
  232. The same data is available using WWW/Mosaic which is always
  233. accessible via:
  234.           http://www.stsci.edu/EPA/OPO.html
  235. or to get right to the latest release:
  236.           http://www.stsci.edu/EPA/Latest.html
  237.