Sterrenstelsels zonder sterren? Astronomen vermoeden al een tijdje dat ze bestaan en hebben er nu mogelijk een ontdekt.

Sterrenstelsels bevatten ontelbaar veel sterren. Het Melkwegstelsel huisvest er bijvoorbeeld naar schatting 100 tot 400 miljard. Sterrenstelsels zijn dan ook heldere objecten in het heelal. Maar er bestaan ook spookstelsels die opvallend weinig sterren hebben en daardoor weinig licht uitstralen – officieel heten ze LSB-sterrenstelsels (Low Surface Brightness).

Astronomen vermoeden dat er zelfs sterrenstelsels bestaan die geen of amper sterren bevatten. En ze denken nu zo’n ‘donker sterrenstelsel’ gevonden te hebben. Dat melden ze in het vakblad Astrophysical Journal Letters.

Lees ook:

• Hebben wetenschappers voor het eerst donkere materie ‘gezien’?
• Onderzoekers spotten drie sterrenstelsels die samensmelten

Gas wordt gejat

Het is niet helemaal duidelijk hoe normale sterrenstelsels vormen, maar wetenschappers vermoeden dat ze vlak na de oerknal zijn ontstaan. Donkere materie (een mysterieuze, onzichtbare materie die volop aanwezig is in het heelal, maar waarvan we niet goed weten wat het is) klonterde toen vanwege zijn eigen zwaartekracht samen. Die samengeklonterde materie trok vervolgens gas aan, waaruit sterren ontstonden.

Als een sterrenstelsel weinig sterren bevat, is dit vormingsproces vroegtijdig gestopt. Dit gebeurt, zo denken veel astronomen, als andere sterrenstelsels zijn waterstofgas jatten, wat nodig is om sterren te maken. Deze theorie wordt ondersteund door het feit dat LSB-stelsels vaak in gebieden voorkomen waar veel sterrenstelsels dicht op elkaar staan, zogenoemde clusters.

Sinds de ontdekking van LSB-sterrenstelsels vragen wetenschappers zich af of er ook stelsels zijn die helemaal geen sterren bevatten. Ze zouden dan alleen bestaan uit het geraamte van donkere materie. Tot nu toe zijn deze ‘donkere sterrenstelsels’ nog theoretisch. Het is namelijk enorm moeilijk om ze te vinden en bestuderen, want ze stralen geen licht uit.

Gevonden?

Toch denken astronomen nu een stelsel te hebben ontdekt dat bijna volledig donker is. Hij bevindt zich in het Perseuscluster, een groep sterrenstelsels op ongeveer 240 miljoen lichtjaar van de aarde. Ze ontdekten hem toen ze archiefdata van de Hubble-ruimtetelescoop analyseerden.

De onderzoekers waren daarin specifiek op zoek naar zogenoemde ‘bolvormige sterrenhopen’. Dit zijn compacte, bolvormige groepen van miljoenen sterren die als een soort satellieten om sterrenstelsels draaien. Het idee was: als je zulke sterrenhopen vindt, maar niet het sterrenstelsel waar ze omheen draaien, dan heb je misschien een donker sterrenstelsel te pakken.

De astronomen ontdekten in het Perseuscluster vier bolvormige sterrenhopen die opvallend dicht bij elkaar stonden. Volgens hen worden die bij elkaar gehouden door de zwaartekracht van een sterrenstelsel dat niet meteen te zien was.

Toen ze het gebied later bekeken met de Europese Euclid-ruimtetelescoop, was wel een heel zwak licht te zien. Er kan zich dus daadwerkelijk een sterrenstelsel bevinden dat amper licht produceert. De onderzoekers noemden dit stelsel Candidate Dark Galaxy-2 (CDG-2).

Bijna geen zichtbare materie

Uit voorlopige analyses blijkt dat CDG-2 ongeveer net zo helder is als 1 tot 6 miljoen zonnen. Dit is enorm zwak voor een sterrenstelsel. De bolvormige sterrenhopen produceren bovendien minstens 16 procent van dat licht. De onderzoekers schatten dat 99,9 procent van de massa in het stelsel bestaat uit donkere materie. Dit is de eerste keer dat er misschien een sterrenstelsel is ontdekt met zo weinig sterren.

De ontdekking suggereert daarnaast dat veel van de zichtbare materie in CDG-2 (voornamelijk waterstofgas) is weggezogen door de zwaartekracht van andere stelsels binnen het Perseuscluster. Precies zoals de eerder genoemde theorie voorspelde.

Dan rest wel de vraag: waarom is de zichtbare materie uit de bolvormige sterrenhopen dan niet gestolen? Sterrenhopen zijn erg compact en hebben hierdoor zelf een sterke zwaartekracht. Het is voor andere sterrenstelsels daardoor moeilijk om het waterstofgas eruit te trekken. Je kunt ze volgens de onderzoekers dus goed gebruiken om spooksterrenstelsels op te sporen. CDG-2 is nu het eerste sterrenstelsel dat puur door zijn bolvormige sterrenhopen is ontdekt.

Nog niet zeker

Het is overigens nog niet helemaal zeker of CDG-2 echt een donker sterrenstelsel is; het blijft voorlopig nog een kandidaat. Verdere metingen moeten uitwijzen of hij daadwerkelijk uit (bijna) alleen donkere materie bestaat. Het zou bijvoorbeeld ook nog een dwergsterrenstelseltje kunnen zijn dat zo klein is dat het weinig licht uitstraalt. Het is ook mogelijk dat de vier bolvormige sterrenhopen toch geen sterrenhopen zijn, maar vier dwergsterrenstelsels, wat de identiteit van CDG-2 nogal in twijfel zou trekken.

Bronnen: Astrophysical Journal Letters, ESA, Science