Wetenschappers hebben 40 uur naar dit spookachtige sterrenstelsel gekeken en konden geen donkere materie vinden

Een nieuwe ontdekking heeft het mysterie van sterrenstelsels zonder hen verdiept donkere materie.

In een melkwegstelsel genaamd AGC 114905, op 250 miljoen lichtjaar afstand, hebben astronomen geen spoor van de mysterieuze objecten kunnen vinden, zelfs niet na 40 uur gedetailleerde observatie en daaropvolgende analyse.

Het resultaat wordt gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society Beschikbaar op prepress server arXiv, versterkt het argument voor sterrenstelsels die op mysterieuze wijze donkere materie missen, hoewel het van vitaal belang is voor onze modellen van galactische evolutie.

“Dit is natuurlijk wat we dachten en hoopten, omdat het onze eerdere metingen bevestigt,” Astronoom Pavel Mancera Peña zei: van de Rijksuniversiteit Groningen en Astron in Nederland.

“Maar het probleem is nu dat de theorie voorspelt dat er donkere materie zou moeten zijn in AGC 114905, maar onze waarnemingen zeggen dat er geen donkere materie is. Het verschil tussen theorie en waarneming wordt zelfs groter.”

Donkere materie is een van de grootste mysteries van het universum. We weten niet wat het is omdat we het niet direct kunnen detecteren, maar we weten wel dat er een massa is die een reeks effecten in het universum veroorzaakt die niet alleen door natuurlijke materie kunnen worden verklaard.

Sterren, bijvoorbeeld, draaien om hun sterrenstelsels met een hogere snelheid dan kan worden verklaard door het zwaartekrachtveld van gewone materie. De manier waarop het pad van het licht buigt terwijl het door de immense zwaartekrachtvelden van de intergalactische ruimte reist, is een andere.

Astronomen geloven dat donkere materie sterrenstelsels helpt vormen. Er is een web van onzichtbare donkere materie dat zich door het heelal uitstrekt, en de zwaartekracht die het genereert helpt gewone materie zich te verzamelen in sterrenstelsels. En volgens onze modellen helpt donkere materie deze sterrenstelsels ook om bij elkaar te blijven – een soort kosmische linkfactor.

Maar astronomen hebben de afgelopen jaren hints gevonden van sterrenstelsels zonder donkere materie, in tegenstelling tot ons geloof in het bestaan ​​van het heelal. Dus toen Mancera Peña en collega’s zes sterrenstelsels vonden zonder donkere materie, zoals beschreven in a 2019 papierZe besloten een kijkje te nemen.

AGC 114905 is wat we een zeer diffuus dwergstelsel noemen. Het is zo groot als de Melkweg, maar veel minder lichtgevend en bevat veel minder sterren – ongeveer duizend keer minder. Omdat ze heel weinig natuurlijke materie hebben, wordt aangenomen dat deze sterrenstelsels bij elkaar moeten worden gehouden door donkere materie.

Dus namen de onderzoekers AGC 114905 onder de loep met behulp van NRAO’s Very Large Array in New Mexico, en verkregen in totaal 40 uur aan waarnemingsgegevens met een veel hogere ruimtelijke resolutie. Vervolgens hebben ze zorgvuldig de galactische rotatiecurve uitgezet – de baansnelheid van objecten op AGC 114905, uitgezet tegen hun afstand tot het galactische centrum.

Dit is een van de meest gebruikelijke manieren om de hoeveelheid donkere materie in een melkwegstelsel te berekenen: objecten in een zeer snelle baan kunnen worden verklaard door donkere materie toe te voegen, en de hoeveelheid donkere materie heeft invloed op de extra baansnelheid.

Maar voor de spincurve van AGC 114905 is de aanwezigheid van donkere materie niet vereist. Het kan eenvoudig worden verklaard door de hoeveelheid gewone materie alleen. Dit betekent dat de hoeveelheid donkere materie in de melkweg verwaarloosbaar lijkt.

Dit vormt een moeilijk probleem omdat geen van de verklaringen voor het ontbreken van donkere materie gepast lijkt te zijn. Een verklaring is bijvoorbeeld of een nabijgelegen massief sterrenstelsel AGC 114905 van zijn donkere materie heeft ontdaan, zoals blijkt uit het geval van een ander diffuus sterrenstelsel waarvan is ontdekt dat het geen donkere materie bevat, DF4.

“Maar er is niets”, Mancera Peña zei:. “En in het kader van de meest bekende galactische formatie, het zogenaamde model van koude donkere materie, zullen we extreme variabele waarden buiten het gebruikelijke bereik moeten introduceren. Ook, met Modified Newtonian dynamics, een alternatieve theorie van koude donkere materie , kunnen we de bewegingen van gas in de melkweg niet reproduceren.”

In het geval van andere sterrenstelsels die abnormale hoeveelheden donkere materie bevatten, kunnen we de afstanden eenvoudigweg verkeerd hebben berekend. De onderzoekers zeiden dat de afstand tot AGC 114905 goed beperkt is.

De onderzoekers geven toe dat het mogelijk is dat de geschatte waarnemingshoek niet klopt; Dit zou het schijnbare gebrek aan donkere materie kunnen verklaren. Maar ze zeiden, maar het moet worden gestopt door een zeer grote marge.

Bovendien vertoonden alle zes sterrenstelsels uit hun eerste onderzoeken vergelijkbaar gedrag, op verschillende hellingen. Dit, zeiden ze, geeft aan dat het gedrag niet het resultaat is van een systematische fout. Ze voeren momenteel een gedetailleerde follow-up uit van een tweede, superverspreidend sterrenstelsel om te proberen de bodem te bereiken.

Indien bevestigd, kunnen hun bevindingen zeer interessante implicaties hebben voor ons begrip van galactische evolutie.

“We hebben eerdere bevindingen over de verbazingwekkende aard en dynamiek van ultradiffuse, gasrijke sterrenstelsels geconsolideerd en geïllustreerd. Hun oorsprong en exacte evolutionaire paden blijven echter grotendeels een mysterie.” De onderzoekers schreven in hun paper:.

Het huidige werk heeft ook aangetoond dat gasrijke, ultradiffuse sterrenstelsels een veelbelovende groep zijn voor het bestuderen van donkere materie, omdat ze veelbetekenende aanwijzingen kunnen geven om de aard ervan te begrijpen.”

De zoekopdracht is gepland om te verschijnen in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society en verkrijgbaar in arXiv.