Sterrenstelsel zónder donkere materie ontdekt – goed nieuws voor het donkere materiemodel

Een team van sterrenkundigen onder leiding van Pieter van Dokkum (klinkt Nederlands, is ‘ie ook, maar hij werkt op de Yale Universiteit in de VS) hebben een sterrenstelsel ontdekt dat nagenoeg geheel bestaat gewone materie en waar bijna geen donkere materie in voorkomt. Het gaat om NGC 1052–DF2, een vaag, lichtzwak ‘ultradiffuus’ sterrenstelsel dat zo groot is als ons Melkwegstelsel en dat 65 miljoen lichtjaar van ons vandaan ligt in het sterrenbeeld Walvis (Cetus), vlakbij het grote elliptische sterrenstelsel NGC 1052 (zie afbeelding hierboven en beneden).

Het sterrenstelsel is door Van Dokkum en z’n team bestudeerd met behulp van de Dragonfly Telephoto Array, een soort van goedkoop zelfbouw-observatorium in de Amerikaanse staat New Mexico, bestaande uit 48 Canon 400 mm telelenzen, die als één superlens functioneren, waarmee zeer goed sterrenstelsels met een lage oppervlaktelichtkracht waar te nemen zijn (zie de afbeelding hieronder).

Zoals gezegd is NGC 1052-DF2 ongeveer zo groot als onze Melkweg, maar met z’n 200 miljoen zonsmassa bevat ‘ie ongeveer 250 keer zo weinig massa. Met de Dragonfly wist men van tien bolvormige sterrenhopen in het stelsel spectra te maken. Daarmee kon men de zogeheten snelheidsdispersie meten, dat wil zeggen de verspreiding van de snelheden (van de laagste tot en met de hoogste snelheden) en die bleek erg klein te zijn, dat wil zeggen dat alle tien bolhopen zo’n beetje dezelfde snelheid hadden. In de afbeelding hieronder zie jet het spectrum van één van de waargenomen bolhopen.

Op basis van die snelheden kon men de zogeheten dynamische massa bepalen van NGC 1052-DF2, dat is de totale massa (donkere materie plus gewone materie) en die bleek 3,4 x 10^8 zonsmassa te zijn. Vervolgens bleek de massa van gas en sterren van het stelsel 2 x 10^8 zonsmassa te zijn, nagenoeg net zoveel dus als de totale massa. En dat betekent dat er in dit ‘luchtige’ sterrenstelsel heel weinig donkere materie zit, pakweg 400 keer zo weinig als verwacht. De waarnemingen aan de tien bolhopen zijn bevestigd met onder andere de Hubble ruimtetelescoop.

Het mag vreemd klinken, maar het ontdekken van een sterrenstelsel zonder donkere materie is goed nieuws voor de modellen die uitgaan van het bestaan van donkere materie. Theorieën die zeggen dat er helemaal geen donkere materie bestaat, zoals de Modified Newtonian Dynamics (MOND) en de emergente zwaartekracht, zeggen dat de zwaartekracht anders werkt dan de wetten van Newton en Einstein zeggen en dat het lijkt alsof er donkere materie is. Maar zoals Van Dokkum zegt zou dat voor alle sterrenstelsels moeten gelden en dat zou je in alle sterrenstelsels schijnbaar donkere materie moeten zien. Oftewel “Alternatives to dark matter have trouble with this object”, zegt Van Dokkum. Aan de andere kant moet ook het kamp van de donkere materieaanhangers verklaren waarom sterrenstelsels zoals NGC 1052-DF2 zonder materie kunnen bestaan ^[1]Of sterrenstelsels met alleen maar donkere materie, zoals Dragonfly 44 – yep, ontdekt met hetzelfde instrument. Kennelijk is er een manier dat gewone en donkere materie door bepaalde mechanismen kunnen scheiden, zoals eerder ook al in waargenomen in de beroemde Bulletcluster. Wellicht heeft NGC 1052-DF2 een periode meegemaakt van hevige stervorming en zijn door krachtige sterrenwinden en supernovae die daarbij zijn opgetreden gas en donkere materie uit het stelsel verdreven. Vandaag verscheen in Nature een vakartikel over het bijzondere sterrenstelsel NGC 1052-DF2. Bron: Hubble + Quanta Magazine + Astrobites + Phys.org.