Vectoren die de snelheid voorstellen van 33.335 sterren in de Melkweg. Credit: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae034
Door gebruik te maken van de gegevens verzamelt met de Gaia ruimtetelescoop en met het APOGEE instrument op aarde hebben sterrenkundigen van MIT ontdekt dat de sterren in de buitenste delen van ons Melkwegstelsel minder had bewegen dan gedacht. Dat wijst er op dat het centrum van de Melkweg mogelijk lichter is en ook minder donkere materie bevat dan gedacht. Met de Europese Gaia ruimtetelescoop worden al jaren sterren in de Melkweg nauwkeurig bekeken en daarbij worden de positie, snelheid en afstand van inmiddels al meer dan een miljard sterren gemeten. APOGEE (‘Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment‘) is een telescoop op aarde, maar ook die houdt de gegevens van sterren nauwkeurig bij, zo’n 700.000 stuks. Lina Necib en haar collega’s van het beroemde MIT keken naar de gegevens van 33.000 sterren in de Melkweg en aan de hand daarvan maakten ze een rotatiecurve, waarin de snelheid en afstand van de sterren tot het Melkwegcentrum worden afgezet (zie de grafiek hierboven).
Credits: ESA/Gaia/DPAC, Edited by MIT News
De waarnemingen laten zien dat de curve lange tijd vlak blijft, d.w.z. dat de sterren dezelfde snelheid hebben ook al varieert hun afstand tot het melkwegcentrum, maar dat op een gegeven moment de snelheid toch afneemt. De sterren het verst van het centrum blijken toch langzamer te gaan en de ‘flat rotation curve’ houdt er op een gegeven moment toch mee op. In 2019 had men de rotatiecurve ook al bepaald en toen keek men naar sterren tot 81.000 lichtjaar van het centrum. De curve was toen, zoals verwacht, geheel vlak. Dit keer werden sterren bekeken die nog verder verwijderd waren, tot wel 100.000 lichtjaar van het centrum. En dit keer zag men een daling in de rotatiecurve.
Sinds de eerste metingen aan de rotatiecurve van de Melkweg – in de jaren zeventig onder andere door Vera Rubin – heeft men het beeld dat de rotatatiecurve vlak is, iets dat niet voorspeld wordt op basis van Newton’s zwaartekrachtwetten. De verklaring is dat er donkere materie in een halo rondom de Melkweg zit, zodat de snelheid van sterren niet afneemt naarmate ze verder van het centrum van de Melkweg komen, maar dat die snelheid gelijk blijkt. Of dat de wetten van Newton niet kloppen, dat is een andere mogelijke verklaring, zoals gegeven door de alternatieve MOND-theorie.
Met de gegevens van Gaia en APOGEE konden Necib en haar collega’s een driedimensionale kaart maken van 33.000 sterren in de Melkweg tot 30 kiloparsec (=100.000 lichtjaar) afstand van het galactische centrum. De gemeten plotselinge daling in de snelheid van de verst verwijderde sterren wijten ze aan minder donkere materie in het galactische centrum dan eerst werd gedacht. Of juist méér donkere materie buiten de Melkweg. Verder onderzoek moet uitwijzen wat er precies aan de hand is.
Meer informatie vind je in het vakartikel van Xiaowei Ou et al, The dark matter profile of the Milky Way inferred from its circular velocity curve, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024).
Bron: MIT.
Als dit vaker wordt aangetroffen kan de ‘sterrenstelsels hebben een halo van donkere materie’ theorie de prullenbak in; dan zou je juist een sterker effect in de periferie van sterrenstelsels verwachten, lijkt me.
Niet zo snel. Het gaat hier om de vraag of de halo een kern heeft waarin de dichtheid grofweg gelijk blijft (“cored”), of een kern waarin de dichtheid toeneemt (“cuspy”). Veel modellen voorspellen cuspy maar er wordt cored gezien. De studie claimt niet dat de hele Melkweghalo er niet is, maar modelleert de vorm ervan: cored. (Dat wil zeggen dat de DM-dichtheid in het centrum van de halokern zowat gelijk is aan die aan de randen van de kern, bij cuspy neemt die dichtheid rap toe.)
Uiteindelijk kan dit helpen beter te begrijpen wat DM is.
Het komt er dus op neer dat de fysieke waarnemingen van sterren (geconcentreerde massa) niet overeen komt met de 21 cm doppler waarnemingen van het waterstofgas…. Ieder zijn eigen snelheid?
Het bevestigt mijn theorie dat in veel sterrenstelsels de snelheid van de buitenste regionen door donkere materie wordt beïnvloedt. Waar zich die donkere materie zich precies bevindt is niet zo interessant (is het gevolg van een universele Natuurwet, beschreven in natuurfilosoof.nl, module ‘Stelsels – Kenmerken’). Het doorgronden vereist wel een ‘snappertje’. De snelheid van buitenste regionen van zonnestelsels wordt niét door donkere materie beïnvloedt. Ook dat is het gevolg van de dezelfde wet.