Astronomen ontdekken een vreemd sterrenstelsel zonder donkere materie

Drie jaar geleden ontdekten Filippo Fraternali en zijn collega’s een half dozijn mysterieus verspreide sterrenstelsels, die eruitzagen als uitgestrekte steden van sterren en gas. Maar in tegenstelling tot bijna alle andere sterrenstelsels – inclusief onze eigen Melkweg – lijkt het niet vast te zitten in enorme klompen donkere materie, die deze hoofdsteden van sterren normaal gesproken combineren met hun zwaartekracht. Wetenschappers kozen er een uit om op in te zoomen, een sterrenstelsel van bescheiden omvang op ongeveer 250.000 lichtjaar afstand, en richtten daarop 27 radiotelescoopantennes van de Very Large Array in New Mexico.

Na 40 uur aan gegevens te hebben verzameld, brachten ze sterren en gassen in kaart en bevestigden ze waar de eerdere snapshots op duidden: “De inhoud van de donkere materie die we in dit sterrenstelsel afleiden is veel kleiner dan je zou verwachten,” Fraternali, een astronoom aan het Kapteyn Astronomical Institute aan de Rijksuniversiteit Groningen in Nederland. Als het team of hun concurrenten andere dergelijke sterrenstelsels vinden, kan dit een uitdaging vormen voor wetenschappers. Gezien donker Thema, al minstens 20 jaar het dominante perspectief op dit gebied. Fraternali en zijn team hun resultaten publiceren in december in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.

Gebaseerd op tientallen jaren van telescoopobservaties en computersimulaties, zijn wetenschappers donkere materie gaan zien als het verborgen skelet van het universum. Zijn “gewrichten” zijn enorme klompen onzichtbare deeltjes die grote en kleine sterrenstelsels herbergen. Maar Fraternali is niet de eerste die zinspeelt op een uitzondering op deze regel. Een paar jaar geleden, Peter van Dokkum, een astronoom aan de Yale University, en zijn collega’s Ontdekken Vergelijkbare sterrenstelsels met Hubble telescoop Het lijkt ook te ontbreken in donkere materie. “Deze sterrenstelsels die we in 2018 vonden, hebben voor veel controverse, discussie en vervolgwerk gezorgd omdat ze onverwacht en moeilijk uit te leggen waren”, zegt Van Dokkum.

Die andere sterrenstelsels leefden in een dichtbevolkte omgeving, waar naburige grotere sterrenstelsels vaak naar binnen vliegen, mogelijk met het aantrekken van donkere materie. De Fraternali Galaxy is daarentegen volledig geïsoleerd en heeft geen lastige buren, dus de schaarste aan donkere materie kan niet op deze manier worden verklaard. “Ze kunnen heel belangrijk zijn”, zegt van Dokkum. Hoe komen de sterren en het gas op die locatie samen zonder de hulp van donkere materie?

Deze vreemde objecten worden “superverspreidende sterrenstelsels” genoemd. Het zijn zeer extreme waarden: qua massa zijn ze erg klein, maar ze zijn over grote afstanden verspreid. Sommige zijn zo groot als de Melkweg, maar met honderd of minder sterren. Ze zijn zo dicht bij transparant dat het moeilijk is om in de nachtelijke hemel te spioneren. “Het is zwakker in het midden, dus moeilijker te detecteren. Dankzij betere telescopen en diepere waarnemingen wordt het steeds populairder”, zegt Miria Montes, een astronoom aan het Space Telescope Science Institute in Baltimore en een expert op het gebied van dergelijke sterrenstelsels.

Vanaf de jaren zestig onthulden de Amerikaanse astronoom Vera Rubin en anderen voor het eerst de mogelijkheid van onzichtbare of “donkere” materie terwijl ze meten hoe snel sterren in sterrenstelsels rond het centrum draaien, en toonden aan dat binnenste sterren met andere snelheden roteren dan buitenste. Op basis van de rotatie van die sterren berekenden de wetenschappers hoeveel massa het sterrenstelsel zou moeten hebben om het constant te laten draaien, in plaats van in de ruimte te worden gesmeten. Voor veel sterrenstelsels was die massa meerdere keren groter dan de massa van alle sterren samen. Wetenschappers hebben het probleem opgelost door het bestaan ​​van een soort donkere materie af te leiden, die geen licht uitstraalt of weerkaatst, en die de rest van de massa zou moeten vormen die de melkweg bij elkaar houdt.