Video player inladen ...

Sterrenstelsel zonder donkere materie zet wetenschappers voor een raadsel

Astronomen hebben een sterrenstelsel ontdekt dat geheel tegen de verwachtingen in geen donkere materie lijkt te bevatten, een van de grootste mysteries - want nog altijd onwaarneembaar - in het universum. "Dit hebben we nog nooit gezien", zegt hoofdonderzoeker Pieter van Dokkum. Een sterrenstelsel zonder donkere materie zou in de kaart van de non-believers kunnen spelen, maar paradoxaal genoeg kan het net een aanwijzing zijn dat het bestaat.

Donkere materie is een "hypothetische" soort materie in het universum. "Hypothetisch", want vooralsnog niet waarneembaar met de bestaande wetenschappelijke instrumenten. Astronomen leiden het bestaan ervan af onder meer door de zwaartekracht die het uitoefent op zichtbare objecten in de ruimte. Hoe sneller die objecten bewegen, hoe meer massa er in het sterrenstelsel is dan dat we kunnen waarnemen. Hoe trager, hoe minder massa.

De afwezigheid van donkere materie in een stukje van het universum lijkt misschien een non-probleem. Maar: de meeste theorieën gaan er wel van uit dat op plaatsen waar materie gevonden wordt, er ook donkere materie aanwezig moet zijn. Het sterrenstelsel waarvan sprake vormt daar dus een opmerkelijke uitzondering op.

Het geheim van NGC1052-DF2

Van Dokkum en zijn team zijn gespecialiseerd in het onderzoek naar "ultra-diffuse sterrenstelsels". Dat zijn stelsels die zo groot kunnen zijn als onze Melkweg, maar die slechts een fractie van het aantal sterren bevatten, wat het moeilijk maakt hen waar te nemen. De wetenschappers gebruikten voor hun onderzoek daarom een speciale telescoop met 48 telelenzen: de Dragonfly Telephoto Array in New Mexico. De telescoop registreerde meerdere ultra-diffuse stelsels.

Een daarvan, dat de naam  kreeg, ligt op 65 miljoen lichtjaren van de aarde en is ongeveer zo groot als onze Melkweg. Het bevat ruwweg 250 keer minder sterren, 400 miljoen in vergelijking met 100 miljard. De meeste sterren in het stelsel zijn gegroepeerd in ongewoon heldere clusters. Toen de wetenschappers van naderbij onderzochten hoe snel die sterrenclusters bewogen, stonden ze versteld.

Ik staarde naar dat beeld en kon me alleen maar verwonderen. Een spookachtige gloed in het heelal.

Pieter van Dokkum

De sterrenclusters bewogen namelijk heel traag, véél trager dan wat ze hadden verwacht. En hoe trager de sterren bewegen, hoe lager de massa van het sterrenstelsel. Het team kon berekenen dat de massa van het sterrenstelsel zo goed als gelijk was aan de massa van de aanwezige sterrenclusters, de zichtbare materie dus.

"Er is weinig plaats meer over voor donkere materie. Als er al donkere materie aanwezig is, is het bitter weinig. Ik staarde naar dat beeld en ik kon me alleen maar verwonderen", zegt Pieter van Dokkum, professor astronomie en fysica aan Yale University, VS, en hoofd van het onderzoeksteam, aan BBC. "Het is zo'n spookachtige gloed in het heelal." Aan The Guardian voegt hij daaraan toe: "Zoiets hebben we nog nooit gezien. Het stelt de gangbare theorieën over het vermoedelijke ontstaan van sterrenstelsels in vraag."

Onderstaande beelden van de NASA illustreren hoe het sterrenstelsel in kwestie eruitziet en wat de rol van donkere materie is.

(lees verder onder de video)

Video player inladen ...

Afwezigheid donkere materie kan bestaan bewijzen

Volgens Van Dokkum kan de ontdekking van een sterrenstelsel zonder donkere materie paradoxaal genoeg net een aanwijzing zijn voor het bestaan van donkere materie.

Niet alle wetenschappers geloven namelijk dat het bestaat en werpen op dat de bewegingen van ruimte-objecten misschien wel toe te schrijven zijn aan de zwaartekracht die anders werkt dan we denken. Als dat het geval zou zijn, zouden we in elk sterrenstelsel hetzelfde bewegingspatroon vinden. Maar een stelsel waar dit gedrag helemaal niet waarneembaar is, betekent dat er waarschijnlijk een "vreemde" kracht aan het werk is in het universum.

We hebben kunnen meten tot aan de rand van het sterrenstelsel. Er is geen plaats waar donkere materie zich kan verstoppen.

 

Pieter van Dokkum

Het is niet de eerste keer dat wetenschappers beweren een sterrenstelsel zonder donkere materie te hebben gevonden, maar Van Dokkum is redelijk zeker van zijn stuk. "Er zijn zó weinig sterren in dat stelsel dat donkere materie makkelijk te detecteren zou moeten zijn. We hebben kunnen meten tot aan de rand van het sterrenstelsel. Er is geen plaats waar donkere materie zich kan verstoppen."

De wetenschappers hopen dat de ontdekking van NGC1052-DF2 nieuwe inzichten kan bieden in de manier waarop sterrenstelsels zijn ontstaan en hebben al vervolgonderzoeken gepland.

Meer lezen?