Sinds de jaren zestig hebben astrofysici gepostuleerd dat het universum naast alle materie die we kunnen zien, ook gevuld is met een mysterieuze, onzichtbare massa. Bekend als "Dark Matter", werd het bestaan ervan voorgesteld om de "ontbrekende massa" van het heelal te verklaren, en wordt nu beschouwd als een fundamenteel onderdeel ervan. Het is niet alleen theoretisch dat het ongeveer 80% van de massa van het universum uitmaakt, het wordt ook verondersteld een cruciale rol te hebben gespeeld bij de vorming en evolutie van sterrenstelsels.
Een recente bevinding kan dit hele kosmologische perspectief echter opzij gooien. Gebaseerd op waarnemingen gedaan met de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop en andere observatoria over de hele wereld hebben astronomen een nabije melkweg (NGC 1052-DF2) gevonden die geen donkere materie lijkt te bevatten. Dit object is uniek onder de tot dusver bestudeerde sterrenstelsels en zou een herevaluatie van onze overheersende kosmologische modellen kunnen afdwingen.
Het onderzoek met hun bevindingen, getiteld 'Een melkwegstelsel zonder donkere materie', verscheen onlangs in het tijdschrift Natuur. Onder leiding van Pieter van Dokkum van Yale University, omvatte de studie ook leden van het Max Planck Institute for Astronomy, San Jose State University, de University of California Observatories, de University of Toronto en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Omwille van hun studie raadpleegde het team gegevens van de Dragonfly Telephoto Array (DFA), die werd gebruikt om NGC 1052-DF2 te identificeren. Gebaseerd op gegevens van Hubble, het team kon zowel de afstand - 65 miljoen lichtjaar van het zonnestelsel - als de grootte en helderheid bepalen. Daarnaast ontdekte het team dat NGC 1052-DF52 groter is dan de Melkweg maar ongeveer 250 keer minder sterren bevat, waardoor het een ultra diffuus sterrenstelsel is.
Zoals van Dokkum uitlegde, is NGC 1052-DF2 zo diffuus dat het in wezen transparant is. 'Ik staarde een uur lang naar dit beeld', zei hij. 'Dit ding is verbazingwekkend: een gigantische klodder zo schaars dat je de sterrenstelsels erachter ziet. Het is letterlijk een doorzichtig sterrenstelsel. '
Met behulp van gegevens van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), de Gemini Observatory en de Keck Observatory heeft het team de melkweg in meer detail bestudeerd. Door de dynamische eigenschappen van tien bolvormige sterrenhopen in een baan om de melkweg te meten, kon het team een onafhankelijke waarde van de massa van de melkweg afleiden - vergelijkbaar met de massa van de sterren in de melkweg.
Dit bracht het team tot de conclusie dat NGC 1052-DF2 minstens 400 keer minder donkere materie bevat dan wordt voorspeld voor een sterrenstelsel van zijn massa, of helemaal niet. Een dergelijke bevinding is ongekend in de geschiedenis van de moderne astronomie en tartte alle voorspellingen. Zoals Allison Merritt - een astronoom van de Yale University, het Max Planck Institute for Astronomy en een coauteur op papier - uitlegde:
“Conventioneel wordt aangenomen dat donkere materie een integraal onderdeel is van alle sterrenstelsels - de lijm die ze bij elkaar houdt en de onderliggende steigers waarop ze zijn gebouwd… Er is geen theorie die dit soort sterrenstelsels voorspelt - hoe je een van deze dingen eigenlijk gaat vormen, is volkomen onbekend. '
'Deze onzichtbare, mysterieuze substantie is verreweg het meest dominante aspect van elk sterrenstelsel. Het vinden van een sterrenstelsel zonder enige is volledig onverwacht; het daagt standaardideeën uit over hoe sterrenstelsels werken ”, voegt Van Dokkum toe.
Het is echter belangrijk op te merken dat de ontdekking van een sterrenstelsel zonder donkere materie niet de theorie weerlegt dat donkere materie bestaat. In werkelijkheid toont het alleen aan dat donkere materie en sterrenstelsels van elkaar kunnen scheiden, wat zou kunnen betekenen dat donkere materie door geen andere kracht dan door zwaartekracht aan gewone materie is gebonden. Als zodanig zou het wetenschappers zelfs kunnen helpen hun theorieën over donkere materie en haar rol in de vorming en evolutie van sterrenstelsels te verfijnen.
Ondertussen hebben de onderzoekers al enkele ideeën waarom donkere materie ontbreekt in NGC 1052-DF2. Enerzijds zou het het resultaat kunnen zijn van een rampzalige gebeurtenis, waarbij de geboorte van een massa massieve sterren al het gas en de donkere materie heeft weggevaagd. Aan de andere kant had de groei van het nabije massieve elliptische sterrenstelsel (NGC 1052) miljarden jaren geleden een rol kunnen spelen bij deze tekortkoming.
Deze theorieën verklaren echter niet hoe de melkweg is ontstaan. Om dit aan te pakken, analyseert het team beelden die Hubble heeft gemaakt van 23 andere ultradiffuse sterrenstelsels voor meer sterrenstelsels met een tekort aan donkere materie. Ze hebben er al drie gevonden die lijken op NGC 1052-DF2, wat erop zou kunnen wijzen dat sterrenstelsels met een tekort aan donkere materie relatief vaak voorkomen.
Als deze laatste bevindingen iets aantonen, is het dat het heelal op een ui lijkt. Net als je denkt dat je het doorhebt, trek je een extra laag terug en vind je een geheel nieuwe reeks mysteries. Ze tonen ook aan dat na 28 jaar trouwe dienst de Hubble-ruimtetelescoop is nog steeds in staat om ons nieuwe dingen te leren. Maar goed ook, aangezien de lancering van de opvolger is uitgesteld tot 2020!
