Astronomen krabben met hun hoofd over een nieuwe waarneming van een 'massa' donkere materie die blijkbaar achterblijft na een enorme samensmelting tussen sterrenstelselclusters. De implicaties van deze ontdekking vormen een uitdaging voor het huidige begrip van hoe donkere materie sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels beïnvloedt.
Aanvankelijk werden de in 2007 gemaakte opmerkingen afgewezen als slechte gegevens. Nieuwe gegevens verkregen door de Hubble-ruimtetelescoop in 2008 bevestigden de eerdere waarnemingen van de scheiding van donkere materie en sterrenstelsels. Het nieuwe bewijs is gebaseerd op waarnemingen van een verre samensmeltende melkwegcluster genaamd Abell 520. Op dit punt staan astronomen voor een uitdaging om uit te leggen waarom donkere materie zich niet gedraagt zoals verwacht.
'Dit resultaat is een puzzel', zegt astronoom James Jee (University of California, Davis). "Donkere materie gedraagt zich niet zoals voorspeld en het is niet duidelijk wat er aan de hand is. Theorieën over de vorming van sterrenstelsels en donkere materie moeten verklaren wat we zien. '
Huidige theorieën over donkere materie stellen dat het een soort zwaartekrachtlijm kan zijn die sterrenstelsels bij elkaar houdt. Een van de andere interessante eigenschappen van donkere materie is dat het in alle opzichten niet van hetzelfde materiaal is gemaakt als mensen en planeten, maar toch 'gravitationeel' in wisselwerking staat met normale materie. Huidige methoden om donkere materie te bestuderen zijn het analyseren van galactische fusies, omdat sterrenstelsels anders zullen interageren dan hun halo's voor donkere materie. De huidige theorieën worden ondersteund door visuele waarnemingen van fusies van sterrenstelsels in de Bullet Cluster en zijn een klassiek voorbeeld geworden van ons huidige begrip van donkere materie.
Onderzoeken naar Abell 520 zorgen ervoor dat astronomen twee keer nadenken over ons huidige begrip van donkere materie. Bij de eerste waarnemingen werden donkere materie en heet gas gevonden, maar ontbraken lichtgevende melkwegstelsels - die normaal gesproken in dezelfde regio's worden gedetecteerd als concentraties van donkere materie. In een poging de waarnemingen te begrijpen, gebruikten de astronomen Hubble's Wide Field Planetary Camera 2 om donkere materie in de cluster in kaart te brengen met behulp van een gravitationele lenstechniek.
"Waarnemingen zoals die van Abell 520 zijn nederig in de zin dat we, ondanks alle sprongen en grenzen die we begrijpen, af en toe koud worden gestopt", zegt Arif Babul (University of Victoria, British Columbia).
Jee voegde toe: "We kennen misschien wel zes voorbeelden van botsingen van hoge-snelheid melkwegclusters waarbij de donkere materie in kaart is gebracht, maar de Bullet Cluster en Abell 520 zijn de twee die het duidelijkste bewijs tonen van recente fusies, en ze zijn niet consistent met elk andere. Geen enkele theorie verklaart het verschillende gedrag van donkere materie bij die twee botsingen. We hebben meer voorbeelden nodig. '
Het team heeft aan tal van mogelijkheden voor hun bevindingen gewerkt, elk met hun eigen reeks onbeantwoorde vragen. Een van die mogelijkheden is dat de Abell 520 een ingewikkelder fusie was dan de ontmoeting met de Bullet Cluster. Mogelijk zijn er verschillende sterrenstelsels samengevoegd in Abell 520 in plaats van de twee die verantwoordelijk zijn voor de Bullet Cluster. Een andere mogelijkheid is dat donkere materie net als goedgekookte rijst plakkerig kan zijn. Wanneer deeltjes van gewone materie botsen, verliezen ze energie en vertragen ze daardoor. Het kan mogelijk zijn dat sommige donkere materie met zichzelf interageert en achterblijft na een botsing tussen twee sterrenstelsels.
Een andere mogelijkheid is mogelijk dat er meer sterrenstelsels in de kern waren, maar dat deze te zwak waren om door Hubble te worden gedetecteerd. De sterrenstelsels zouden, als ze zwakker waren, veel minder sterren hebben gevormd dan andere soorten sterrenstelsels. Het team is van plan om hun Hubble-gegevens te gebruiken om computersimulaties van de botsing te maken, in de hoop essentiële aanwijzingen te krijgen om het ongewone gedrag van donkere materie beter te begrijpen.
Als je meer wilt weten over de Hubble-ruimtetelescoop, ga dan naar: http://www.nasa.gov/hubble
