‘Sterrenstelsel zonder greintje donkere materie gespot’

Gieljan de Vries

06-12-2021 15:00:00

donkere materie

Nederlandse sterrenkundigen hebben een sterrenstelsel gevonden dat geen spoor van donkere materie bevat. Een opmerkelijke vondst, want sterrenstelsels ontstaan volgens de gangbare theorie juist rondom dat onzichtbare spul.

Donkere materie? Je ziet het niet, je voelt het niet, maar volgens sterrenkundigen zit er voor elke kilogram ‘normale’ materie (fietsen, planeten, sterren, KIJK-lezers) wel drie kilo van dit mysterieuze materiaal in het heelal. Donkere materie is nooit direct waargenomen, maar moet verklaren waarom sterrenstelsels ondanks hun hoge draaisnelheid niet uit elkaar vliegen. Met zijn extra zwaartekracht houdt donkere materie sterrenstelsels bijeen, is het idee.

Alle sterrenstelsels? Niet helemaal. Op de website voor wetenschappelijke voorpublicaties arXiv laten Nederlandse sterrenkundigen samen met Britse en Amerikaanse collega’s zien dat het sterrenstelsel AGC 114905 op 250 miljoen lichtjaar van de aarde geen spoortje donkere materie bevat. De resultaten verschijnen binnenkort in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Lees ook:

Normale materie

De makke aan donkere materie is, dat die op geen enkele soort straling of normale deeltjes reageert; het spul verraadt zich alleen door de invloed van zijn zwaartekracht. Om die te meten, brachten de onderzoekers met de radiotelescoop Very Large Array in New Mexico in kaart hoe snel de enorme gaswolken in AGC 114905 om het hart van het stelsel draaien. Dat leverde een verrassing op.

“Volgens onze metingen zit er geen donkere materie in dit dwergstelsel”, zegt mede-onderzoeker Tom Oosterloo, hoogleraar sterrenkunde aan ASTRON en de Universiteit Groningen. “Dat wil zeggen: we kunnen de bewegingen van het gas in AGC 114905 helemaal verklaren aan de hand van de zwaartekracht van de normale, zichtbare materie.”

Het sterrenstelsel AGC 114905. De sterren in het stelsel zijn blauw weergegeven, de groene wolken tonen neutraal waterstofgas. Ook na veertig uur meten met extra goede telescopen lijkt dit sterrenstelsel geen spoor van donkere materie te bevatten. Bron: Javier Román en Pavel Mancera Piña

Flinterdun

Volgens astrofysicus Ignacio Trujillo van het sterrenkundeinstituut op de Canarische Eilanden gaat het om gedegen werk. Trujillo legde al eerder claims van stelsels met weinig donkere materie langs de meetlat en keek op verzoek van KIJK naar deze nieuwe paper. “De analyse die ze maken staat stevig, er is duidelijk over nagedacht”, reageert hij.

Trujillo ziet nog wel zwakke plekken in het verhaal: “Een van de aannames is bijvoorbeeld dat het gas in dit stelsel in één flinterdunne schijf ronddraait. Als dat complexere bewegingen zijn, levert dat een fout in de snelheidsbepaling. Ik zou zeker vervolgonderzoek willen doen met ultra-gedetailleerde metingen, dan zou je zulke bewegingen moeten kunnen zien en kun je een stuk scherpere analyses maken.”

Onverklaarbaar

Een sterrenstelsel zonder van die ongrijpbare donkere materie zou voor sterrenkundigen een raadsel zijn: donkere materie bestaat volgens de standaardtheorie van de sterrenkunde al sinds het begin van het heelal, en sterrenstelsels ontstaan juist waar veel van dat onzichtbare materiaal voorhanden is. Oosterloo: “Die theorie, het cold dark matter model, staat vrij stevig. Je kunt er allerlei details mee voorspellen zoals hoe sterrenstelsels ontstaan en hoe ze verdeeld zijn over de ruimte.”

Om een sterrenstelsel zonder donkere materie te verklaren keken de sterrenkundigen onder andere naar de mogelijkheid dat de zwaartekracht van een groot sterrenstelsel in de omgeving hun dwergstelsel heeft gestript van zijn donkere materie. Een uitgebreide zoektocht laat zien dat die grotere buren er simpelweg niet zijn – het dichtstbijzijnde sterrenstelsel staat op meer dan twee miljoen lichtjaar afstand.

Trujillo: “Er is niet zomaar een verklaring te geven over hoe zo’n licht sterrenstelsel kan ontstaan zonder donkere materie. We hebben wel een paar ideeën over hoe het ene stelsel de donkere materie van een ander kan stelen, maar zomaar in hun eentje ontstaan? We weten niet hoe dat zou kunnen.”

Uitschieter

Ook Oosterloo wil vervolgonderzoek doen – sterker nog, dat loopt al in de vorm van metingen aan een vergelijkbaar stelsel met de Very Large Array. “We claimen in ieder geval niet dat de hele theorie van donkere materie op de schop moet”, zegt de hoogleraar. “Het interessante ligt er meer in dat we een stelsel hebben gevonden dat helemaal aan de rand zit van wat de theorie voorspelt.”

Zulke uitschieters zeggen volgens de sterrenkundige soms meer over een theorie dan de standaardgevallen. “In dit geval kunnen we misschien aanwijzingen vinden over de aard van donkere materie, of over uitzonderlijke manieren waarop sterrenstelsels kunnen ontstaan.” Meer metingen aan vergelijkbare sterrenstelsels moeten helpen het raadsel te kraken: “Over een paar jaar komt de gevoelige radiotelescoop Square Kilometer Array in bedrijf, waar Nederland ook aan deelneemt. Dan worden de metingen een stuk makkelijker!”

Bron: arXiv.org

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE






Meer Nieuws