Vreemde 'holte' in sterrenstelsel Draco: spoor van onzichtbare donkere materie?
Soms vind je iets geks juist door heel goed te kijken naar wat er niet is. Dat overkwam een team sterrenkundigen bij het dwergstelsel Draco, een klein sterrenstelsel vlakbij ons eigen Melkwegstelsel. In het centrum van Draco zitten minder sterren dan je zou verwachten. En dat is raar.
Draco is een dwergsterrenstelsel: een klein, zwak lichtend stelsel dat als een soort satelliet om onze Melkweg draait. Zulke dwergstelsels bestaan voor het grootste deel uit donkere materie, de onzichtbare stof die we alleen merken aan de zwaartekracht die hij uitoefent. Sterren vormen hier maar een klein beetje van de totale massa.
Volgens het gangbare model van het heelal zitten er binnen zulke donkere materiewolken nog kleinere klontjes donkere materie, zogeheten subhalo's. Die subhalo's zijn zelf (nog) nooit direct waargenomen. Ze zenden geen licht uit en gaan dus alleen op te sporen via hun zwaartekrachtseffect op sterren in de buurt.
Sterren tellen met de Subaru-telescoop
Onderzoekers gebruikten diepe foto's van de Japanse Subaru-telescoop om meer dan tienduizend losse sterren in Draco in kaart te brengen, veel meer dan in eerder onderzoek. Ze hielden daarbij rekening met een lastig technisch probleem: in drukke sterrenvelden lijken sommige sterren op elkaar te vallen, waardoor je er te weinig telt. Met speciale tests corrigeerden ze hiervoor.
Het resultaat bleef verrassend. Vergeleken met een standaardmodel van hoe sterren in zo'n stelsel verdeeld zouden moeten zijn, zien de onderzoekers in het midden van Draco duidelijk te weinig sterren. Daaromheen ligt juist een soort ring met te veel sterren. Het patroon lijkt op rimpels of golven in de sterrenverdeling.
Om zeker te weten dat dit geen toeval is, keken de onderzoekers ook naar het signaal in een andere wiskundige vorm, vergelijkbaar met hoe je geluidsgolven kunt ontleden in verschillende tonen. Ook daar dook een duidelijk signaal op, met een signaal-ruisverhouding van 6,0. Hoe hoger dat getal, hoe minder waarschijnlijk het is dat je gewoon toevallige ruis ziet. Een losstaande, tweede berekeningsmethode liet met meer dan 99,9 procent zekerheid zien dat de sterdichtheid naar het midden toe juist afneemt, in plaats van toeneemt zoals normaal.
Wat zou dit kunnen verklaren? De onderzoekers denken aan een donkere materie-subhalo die ooit dwars door Draco is gevlogen. Zo'n passerende klomp zwaartekracht kan sterren hebben weggeduwd uit het centrum, als een steen die rimpels veroorzaakt in water.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is geen bewijs dat donkere materie-subhalo's echt bestaan of dat er daadwerkelijk eentje door Draco is gevlogen. De onderzoekers zeggen zelf dat dit signaal nog niet als stevig bewijs voor zo'n subhalo gezien kan worden. Het laat vooral zien dat de "lege plek" in het midden van Draco waarschijnlijk een echt natuurkundig verschijnsel is, en niet enkel een meetfout door te drukke sterrenvelden. Vervolgonderzoek moet uitwijzen wat de oorzaak precies is.
Toch is dit een interessante aanwijzing. Als het patroon wordt bevestigd in ander onderzoek, zou dit een van de weinige manieren zijn om de kleinste, onzichtbare bouwstenen van donkere materie indirect op te sporen. Dat zou helpen om te testen of ons huidige beeld van het heelal klopt.
Bron: Central stellar depletion in the Draco dwarf from Subaru photometry