Negentien nieuw ontdekte dwergstelsels lijken hun donkere materie te missen, en natuurkundigen weten niet precies waarom.
De vondst verhoogt het aantal sterrenstelsels die donkere materie lijken te missen dramatisch, het mysterieuze, onzichtbare spul dat zwaartekracht uitoefent en toch geen licht afgeeft. Men denkt dat donkere materie een belangrijk ingrediënt is in de vorming van sterrenstelsels, omdat de zwaartekracht atomen van gas samentrekt om sterrenstelsels te vormen. We kunnen zien dat donkere materie in een sterrenstelsel aanwezig is, omdat het ervoor zorgt dat de materie in dat sterrenstelsel sneller ronddraait dan wanneer de materie die we zien de hele massa van het sterrenstelsel vormt. Deze snellere werveling is in elk sterrenstelsel opgedoken dat nauwkeurig kon worden gemeten. Onlangs hebben onderzoekers echter ontdekt dat bepaalde kleine sterrenstelsels, nu inclusief deze 19, zich gedragen alsof ze worden gedomineerd door baryonen - de deeltjes waaruit de gewone materie bestaat. Het bewijs voor hun ongeziene halo's van donkere materie ontbreekt.
Kyle Oman, een astrofysicus aan de Durham University in het Verenigd Koninkrijk, die niet bij deze ontdekking betrokken was, zei dat deze sterrenstelsels de langste lijst bevatten van schijnbaar donkere materievrije objecten die tot nu toe zijn gerapporteerd. Maar ze zijn niet de eersten.
De meest gerapporteerde ontdekking van een sterrenstelsel dat donkere materie leek te missen, kwam in maart 2018. Een team van astrofysici onder leiding van Pieter van Dokkum, een astrofysicus aan de Yale University, toonde aan dat de gemiddelde snelheid van bolvormige sterrenhopen in sterrenstelsel NGC 1052-DF2 overeenkwam een baryons-only melkwegmodel, hoewel velen de validiteit van het resultaat in twijfel trokken, zoals WordsSideKick.com meldde.
Het nieuwste artikel, gepubliceerd op 25 november in het tijdschrift Nature Astronomy, identificeerde de 19 donkere materievrije sterrenstelsels met behulp van dezelfde methode.
"Deze H1-rotatiecurven zijn nauwkeuriger" dan de methode die door het team van van Dokkum wordt gebruikt, zei Till Sawala, astrofysicus aan de Universiteit van Helsinki. Hij zei echter dat er nog "systematische onzekerheden" zijn in de metingen die nog moeten worden opgelost.
Als de hoek van het gaststelsel ten opzichte van de aarde bijvoorbeeld onjuist wordt gemeten, kan dat de berekeningen verpesten, zei Oman. En gebeurtenissen zoals supernova's kunnen het gas in een normaal sterrenstelsel versnellen en rotatiecurven creëren die vanaf de aarde lijken op de sterrenstelsels in dit nieuwe artikel, zei Sawala. Hoe dan ook, er is meer vervolgwerk nodig om de claim zonder donkere materie te bevestigen, zeiden alle experts (inclusief de auteurs van het onderzoek).
Als blijkt dat bepaalde sterrenstelsels de normale hoeveelheid donkere materie missen, dan is dat een probleem voor de huidige theorieën over hoe het universum is gevormd.
Natuurkundigen leggen uit hoe het universum is gevormd en zich gedraagt met behulp van een model dat bekend staat als Lambda koude donkere materie (ΛCDM). Het beschrijft drie hoofdkenmerken van het universum: de kosmologische constante (Λ), donkere materie en donkere energie.
ΛCDM legt uit hoe sterrenstelsels zich vormen, zei Sawala, en het kan niet gemakkelijk uitleggen hoe deze specifieke sterrenstelsels zich zonder donkere materie hadden kunnen vormen.
Sommige van de voorbeelden die naar voren kwamen, zei Oman, zouden kunnen worden verklaard door de ΛCDM. Zo hebben dwergstelsels in het midden van dichte sterrenstelselclusters veel andere zwaartekrachtbronnen om hun donkere materie te verwijderen. Maar in dit artikel, zei Oman, zijn sommige van de donkere materie-vrije sterrenstelsels solitair, ver verwijderd van enige andere zwaartekrachtbron.
'Dat is een uitdaging', zei Oman.
Sommige onderzoekers hebben het bewijs van melkstofvrije melkwegstelsels gepresenteerd als de knock-out punch in een gevecht tussen ΛCDM en een andere reeks theorieën die bekend staat als Modified Newtonian Dynamics (MOND). MOND-theorieën verwerpen donkere materie ten gunste van aanpassingen aan de fysica van de zwaartekracht. Aangezien zwaartekracht overal in het universum zou moeten werken, zou MOND voorspellen dat wat we donkere materie noemen ook overal zou moeten zijn, inclusief elk sterrenstelsel. Maar als deze sterrenstelsels MOND schenden, schenden ze ook ΛCDM, dus het is niet echt een knock-out punch voor MOND, zei Sawala.
Fysici zeiden dat de enige manier om erachter te komen wat er aan de hand is, is om deze sterrenstelsels veel gedetailleerder te bestuderen met behulp van verschillende hulpmiddelen en te bevestigen dat wat daar lijkt te gebeuren, echt gebeurt.
