Astronomen wegen onze buurgalaxie Andromeda tot ver in haar buitenwijken
Andromeda is onze grote galactische buur, twee en een half miljoen lichtjaar hiervandaan. Zou je er met een straaljager naartoe vliegen, dan ben je vele miljarden jaren onderweg. Toch weten astronomen nog steeds niet precies hoeveel deze reuzenstelsel weegt. Een nieuw onderzoek brengt daar verandering in, door tot diep in de buitenste rand van Andromeda te kijken.
Het probleem is dat je een sterrenstelsel niet zomaar op een weegschaal kunt leggen. Astronomen schatten de massa van een galaxie door te kijken hoe snel sterren en gaswolken eromheen draaien. Hoe zwaarder een stelsel, hoe harder die beweging moet zijn om niet weg te zweven. Dit noemen we de rotatiecurve: een grafiek van draaisnelheid tegen afstand tot het centrum.
Tot nu toe konden wetenschappers vooral het binnenste deel van Andromeda goed in kaart brengen. Verder naar buiten wordt het lastig, omdat daar veel minder sterren zijn om te meten. Bovendien heeft Andromeda in het verleden andere, kleinere sterrenstelsels opgeslokt. Dat heeft sliertvormige structuren van sterren achtergelaten die de metingen kunnen verstoren.
Meer dan 8.500 sterren als meetpunten
Een onderzoeksteam gebruikte de snelheden van meer dan 8.500 sterren en gaswolken om de rotatiecurve van Andromeda te reconstrueren. Ze deden dit tot een afstand van 167.000 lichtjaar van het centrum, veel verder dan eerdere metingen. Met slimme statistische technieken filterden ze de verstorende sliertstructuren en ruis van voorgrondsterren uit onze eigen Melkweg eruit.
Het resultaat is een schatting van de totale massa van Andromeda, inclusief het onzichtbare donkere materie dat het grootste deel van die massa uitmaakt. Donkere materie is een mysterieuze soort materie die je niet kunt zien, maar die wel zwaartekracht uitoefent op sterren en gas.
De uitkomst hangt sterk af van welk wiskundig model de onderzoekers gebruiken om de verdeling van donkere materie te beschrijven. Met de twee meest gangbare modellen (NFW en Dekel-Zhao genoemd) komt de massa van Andromeda uit tussen ongeveer 1,12 en 1,63 biljoen keer de massa van onze zon. Een derde model, het Einasto-profiel, geeft juist een veel lagere schatting: tussen 0,41 en 0,86 biljoen zonsmassa's. Dat is bijna de helft minder.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is geen definitieve weging van Andromeda. De onderzoekers laten zien dat de uitkomst flink verschilt per gekozen model voor donkere materie. Ook gaan de berekeningen ervan uit dat de buitenste sterren van Andromeda in dynamisch evenwicht zijn, wat niet zeker is gezien de turbulente geschiedenis van fusies met andere stelsels. De onderzoekers zelf merken op dat de lagere schatting van het Einasto-model minder goed overeenkomt met andere, onafhankelijke metingen op basis van satellietstelsels van Andromeda.
Waarom is dit belangrijk? Andromeda en de Melkweg trekken elkaar aan en zullen over miljarden jaren met elkaar botsen. Hoe zwaar Andromeda precies is, bepaalt mede hoe die kosmische botsing zal verlopen. Bovendien vertelt de massaverdeling van een sterrenstelsel iets over hoe het is gegroeid en hoeveel donkere materie erin zit, iets dat cruciaal is om het heelal als geheel te begrijpen.
Dit onderzoek is een belangrijke stap, maar geen eindpunt. Vervolgonderzoek zal moeten uitwijzen welk model voor donkere materie het beste bij Andromeda past, en of de aanname van evenwicht in de buitenste sterrenhalo wel klopt.
Bron: Mass Distribution of M31 from its Rotation Curve up to 167 kpc