Een artistieke impressie van twee botsende sterrenstelsels. Afbeelding tegoed: ESO Klik om te vergroten
Donkere materie is een mysterieuze substantie die 25% van de massa van het heelal lijkt te vertegenwoordigen. Europese astronomen hebben de hoeveelheid donkere materie in verschillende sterrenstelsels gemeten en ontdekten dat een groot deel daarvan uit balans is; hun interne bewegingen zijn erg verstoord. Dit betekent dat veel sterrenstelsels - maar liefst 40% - recentelijk door fusies of bijna-botsingen zijn gegaan.
Een internationaal team van astronomen bestudeerde enkele tientallen verre sterrenstelsels en ontdekte dat sterrenstelsels 6 miljard jaar geleden evenveel donkere materie hadden als sterren dan nu. Indien bevestigd, suggereert dit een veel nauwere wisselwerking tussen donkere en normale materie dan eerder werd aangenomen. De wetenschappers ontdekten ook dat maar liefst 4 van de 10 sterrenstelsels uit balans zijn. Deze resultaten werpen een nieuw licht op hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren sinds het heelal nog maar de helft van zijn huidige leeftijd was.
"Dit kan betekenen dat botsingen en samenvoegingen belangrijk zijn bij de vorming en evolutie van sterrenstelsels", aldus Francois Hammer, Observatorium van Parijs, Frankrijk en een van de leiders van het team.
De wetenschappers waren geïnteresseerd om erachter te komen hoe sterrenstelsels die ver weg zijn - dus gezien zoals ze waren toen het heelal jonger was - evolueerden naar die in de buurt. Ze wilden met name het belang van donkere materie in sterrenstelsels bestuderen.
"Donkere materie, die ongeveer 25% van het heelal uitmaakt, is een eenvoudig woord om iets te beschrijven dat we echt niet begrijpen", zegt Hector Flores, co-leider. "Als we kijken naar hoe het sterrenstelsel draait, weten we dat er donkere materie aanwezig moet zijn, anders zouden deze gigantische structuren gewoon oplossen."
In nabije sterrenstelsels, en trouwens in onze eigen Melkweg, hebben astronomen ontdekt dat er een verband bestaat tussen de hoeveelheid donkere materie en gewone sterren: voor elke kilogram materiaal binnen een ster is er ongeveer 30 kilogram donkere materie. Maar geldt deze relatie tussen donkere en gewone materie nog steeds in het verleden van het universum?
Dit vereiste het meten van de snelheid in verschillende delen van verre sterrenstelsels, een nogal lastig experiment: eerdere metingen waren inderdaad niet in staat om deze sterrenstelsels voldoende gedetailleerd te onderzoeken, omdat ze een enkele spleet, d.w.z. een enkele richting, door het heelal moesten selecteren.
Dingen veranderden met de beschikbaarheid van de GIRAFFE-spectrograaf met meerdere objecten, die nu is geïnstalleerd op de 8,2 m lange Kueyen-telescoop van ESO's Very Large Telescope (VLT) in het Paranal-observatorium (Chili).
In één modus, bekend als "3D-spectroscopie" of "geïntegreerd veld", kan dit instrument gelijktijdige spectra verkrijgen van kleinere gebieden van uitgestrekte objecten zoals sterrenstelsels of nevels. Hiervoor zijn 15 inzetbare vezelbundels, de zogenaamde Integral Field Units (IFUs), cf. ESO PR 01/02, worden gebruikt voor het nauwkeurig meten van verre sterrenstelsels. Elke IFU is een microscopisch, ultramodern tweedimensionaal lensarray met een diafragma van 3 x 2 boogsec2 aan de hemel. Het is als een insectenoog, met twintig microlenzen gekoppeld aan optische vezels die het licht dat op elk punt in het veld wordt geregistreerd naar de ingangsspleet van de spectrograaf leiden.
"GIRAFFE op ESO's VLT is het enige instrument ter wereld dat tegelijkertijd het licht kan analyseren dat afkomstig is van 15 sterrenstelsels die een gezichtsveld beslaan dat bijna zo groot is als de volle maan", zegt Mathieu Puech, hoofdauteur van een van de kranten die de resultaten. "Elk sterrenstelsel dat in deze modus wordt waargenomen, is opgesplitst in continu kleinere gebieden waar tegelijkertijd spectra worden verkregen."
De astronomen gebruikten GIRAFFE om de snelheidsvelden van enkele tientallen verre sterrenstelsels te meten, wat tot de verrassende ontdekking leidde dat maar liefst 40% van de verre sterrenstelsels "uit balans" waren - hun interne bewegingen waren erg verstoord - een mogelijk teken dat ze nog steeds de nasleep van botsingen tussen sterrenstelsels.
Toen ze zich beperkten tot alleen die sterrenstelsels die klaarblijkelijk hun evenwicht hebben bereikt, ontdekten de wetenschappers dat de relatie tussen de donkere materie en de stellaire inhoud de afgelopen 6 miljard jaar niet leek te zijn geëvolueerd.
Dankzij zijn voortreffelijke spectrale resolutie laat GIRAFFE voor het eerst ook toe om de distributie van gas te bestuderen als functie van de dichtheid in dergelijke verre sterrenstelsels. De meest spectaculaire resultaten laten een mogelijke uitstroom van gas en energie zien die wordt aangedreven door de intense stervorming binnen de melkweg en een gigantisch gebied met zeer heet gas (HII-gebied) in een melkweg in evenwicht die veel sterren produceert.
"Een dergelijke techniek kan worden uitgebreid om kaarten te verkrijgen van vele fysische en chemische kenmerken van verre sterrenstelsels, waardoor we in detail kunnen bestuderen hoe ze hun massa gedurende hun hele leven hebben samengesteld", aldus Fran? Ois Hammer. "In veel opzichten geven GIRAFFE en zijn multi-integrale veldmodus ons een eerste indruk van wat er zal worden bereikt met toekomstige extreem grote telescopen."
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
