De rebelse dwerg: dit sterrenstelsel zit juist vol donkere materie, waar zijn buren juist leeg zijn
Soms vind je een naald in een hooiberg die er helemaal niet hoort te zijn. Sterrenkundigen bestudeerden een rij vreemde dwergsterrenstelsels, allemaal opvallend arm aan donkere materie. Maar een van de stelsels in die rij blijkt juist stampvol te zitten met het mysterieuze spul. Die ontdekking zet vraagtekens bij een populaire theorie over hoe deze stelsels zijn ontstaan.
Donkere materie is onzichtbare stof die we niet direct kunnen zien, maar waarvan we de zwaartekracht wel kunnen meten. De meeste sterrenstelsels, ook kleine dwergstelsels, bevatten veel meer donkere materie dan gewone, zichtbare materie zoals sterren en gas. Daarom was het zo opvallend toen astronomen een paar jaar geleden stelsels vonden die bijna geen donkere materie leken te hebben.
Drie van die bijzondere stelsels, met de namen DF2, DF4 en DF9, liggen op één lijn, als kralen aan een snoer. Wetenschappers denken dat deze rij is ontstaan door een enorme botsing tussen twee dwergstelsels, zo'n 8 miljard jaar geleden. Bij die klap zou het gas uit de stelsels zijn weggeslingerd en los van de donkere materie zijn gaan samenklonteren tot nieuwe, donkere-materie-arme stelsels.
Een onverwachte buitenstaander
Een onderzoeksteam bestudeerde nu een ander stelsel op diezelfde lijn: LEDA 4014647. Met de Keck Cosmic Web Imager, een instrument op een telescoop in Hawaï dat heel precies kan meten hoe snel sterren in een stelsel bewegen, mat het team de snelheid van de sterren in dit stelsel.
Hoe sneller sterren rond het centrum van een stelsel bewegen, hoe meer massa er nodig is om ze op hun plek te houden. Het team vond een snelheidsverschil van 15,8 kilometer per seconde, met een onzekerheidsmarge van 2 kilometer per seconde. Daaruit berekenden ze de totale massa binnen het heldere kerngebied van het stelsel: ongeveer 150 miljoen keer de massa van onze zon, met een marge van 40 miljoen.
Dat is ongeveer drie keer meer massa dan je zou verwachten van alleen de sterren. Het verschil kan alleen verklaard worden door donkere materie. Maar liefst 70 procent van de massa in dit gebied blijkt uit donkere materie te bestaan, met een marge van 10 procentpunt. Dat is precies het tegenovergestelde van zijn buren DF2, DF4 en DF9.
Ook de sterren zelf vertellen een verhaal. Ze zijn zo'n 13 miljard jaar oud en arm aan zware elementen, wat betekent dat ze al bestonden voordat de veronderstelde botsing plaatsvond.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit betekent niet dat de botsingstheorie voor DF2, DF4 en DF9 fout is. LEDA 4014647 past simpelweg niet in dat plaatje. Mogelijk ligt het stelsel toevallig op dezelfde zichtlijn, zonder enige echte band met de botsing. Een andere mogelijkheid: het is een overblijfsel van een van de oorspronkelijke dwergstelsels die de klap veroorzaakten, en dat nooit zijn donkere materie kwijtraakte. Het onderzoeksteam benadrukt dat verder onderzoek nodig is, met diepere metingen en computersimulaties, om deze twee mogelijkheden uit elkaar te houden.
Dit soort ontdekkingen laat zien hoe weinig we eigenlijk nog weten over donkere materie en hoe stelsels precies ontstaan. Elke uitzondering op de regel helpt wetenschappers om het grotere plaatje beter te begrijpen.
Bron: The Rogue One: A Dark Matter-Dominated Dwarf in the Trail of Dark Matter-Deficient Galaxies