5 december 2021

El Gordo stelt ΛCDM model voor problemen

El Gordo. Het hete gas tussen de (rode) elliptische stelsels van de twee clusters is blauw gekleurd en het zendt röntgenstraling uit. Credit: ESO/SOAR/NASA

El Gordo is een zeer zware cluster van sterrenstelsels op zo’n zeven miljard lichtjaar afstand. El Gordo – da’s Spaans voor ‘de dikke of vette’, verwijzend naar een loterij met vette prijzen in Spanje, catalogusnaam ACT-CL J0102-4915 – bestaat eigenlijk uit twee clusters, die op elkaar botsen.

Recent zijn drie sterrenkundigen, Elena Asencio, Indranil Banik en Pavel Kroupa, gekomen met een vakartikel (gereed voor publicatie in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), waarin ze stellen dat El Gordo serieuze problemen geeft voor het ΛCDM model, het gangbare concordantiemodel van het heelal. Dat model gaat er van uit dat het heelal naast gewone materie en straling ook donkere energie (Λ) en donkere materie (CDM – cold dark matter) bevat. In het model ontstaan grootschalige structuren zoals clusters van sterrenstelsels hiërarchisch, dat wil zeggen dat eerst kleinere structuren ontstaan en dat die door botsingen grotere structuren vormen, bottom up dus.

Hoeveel clusters – de grootste structuren in de hiërarchie – van een bepaalde massa er op een bepaald moment in het heelal zijn kan je berekenen aan de hand van de zogeheten cluster massa functie, die een verdeling van de massa van clusters naar gelang hun afstand tot de aarde beschrijft. Met een massa van (2-3) x 10^15 keer die van de zon en een afstand van 7 miljard lichtjaar (roodverschuiving z=0,6) is El Gordo zwaar, veel te zwaar voor de periode in het heelal waarin ‘ie voorkomt. En dat is precies het probleem waar Asencio en z’n collega’s mee worstelen: volgens het ΛCDM model zou El Gordo in deze omvang niet mogen bestaan.

Credit: Asencio et al.

Zoals gezegd bestaat El Gordo uit een paar botsende clusters van sterrenstelsels. De sterrenkundigen hebben alle varianten van de twee clusters met een computer gesimuleerd, met verschillende waarden voor de massa, afstand en invalsnelheid, en dat leverde bovenstaand resultaat op, waarin de krommen de mogelijke massa functies van de clusters zijn. De vertikale blauwe lijn is de massa van El Gordo, weergegeven als dimensieloos getal. Wat we zien is dat de uitkomsten van de berekeningen (met alle gekleurde stippen als meest waarschijnlijke uitkomst) alleen in ‘de staart’ de lijn van de massa van El Gordo raken. Met andere woorden: met de cluster massa functie van het ΛCDM model lijkt het zeer onwaarschijnlijk dat een cluster als El Gordo kan ontstaan zeven miljard lichtjaar ver weg. Oftewel in hun eigen woorden: “the ΛCDM model must be rejected at > 5σ confidence even if no additional problematic objects exist in the rest of the sky.”

Hubble opname van El Gordo. Credit: Pablo Carlos Budassi/ESA/NASA/Wikipedia.

Gebruik van de alternatieve MOND-theorie, die stelt dat donkere materie helemaal niet bestaat, maar dat een gewijzigde, gemodificeerden theorie van Newton’s zwaartekrachtwet nodig is, biedt wel enig soelaas: met toepassing van MOND kan El Gordo al vroeger in het heelal ontstaan zijn en is z’n totale massa met 50% afgenomen. Maar dan nog blijft er een deel donkere materie nodig om het verschil te verklaren tussen de waargenomen, zichtbare massa en z’n totale massa. Als ze een niet-CDM vorm van donkere materie nemen, zoals een steriel neutrino van 11 eV massa, én toepassing van MOND kunnen ze het bestaan van El Gordo geheel verklaren. Bron: Astrobites.

Comments

  1. ” met toepassing van MOND kan El Gordo al vroeger in het heelal ontstaan zijn en is z’n massa met 50% afgenomen”

    Enig idee hoeveel van deze structuren er dan door dit model voorspeld worden? Zo te lezen zou je verwachten op grotere afstand nog (veel) grotere clusters te vinden.

    Ik ben ook wel benieuwd of hun model (MOND+steriel neutrino) opgaat voor de Bulletcluster.

  2. De vraag is of wij 7 miljard jaar ouder zijn of El gordo. Het zou zo maar kunnen dat El gordo jonger is t.o.v. Van ons.
    Het huidige idee is toch steeds dat wij in het midden staan en gelijkwaardig rondom van ons af kijken. Als daar een asymmetrie inzit.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.