Snelle rotatie en donkere materie in reuzenstelsel

Een internationale groep van astronomen is er in geslaagd snelheden te meten in de buitenste delen van een reusachtig sterrenstelsel. Daaruit blijkt dat de snelheden hier veel groter zijn dan men op grond van de aantrekkingskracht van zichtbare materie zou verwachten. De hoeveelheid materie die men ziet is slechts tien procent van de totale hoeveelheid die er zou moeten zijn. Dit is opnieuw een bevestiging van de theorie dat zich in het heelal nog veel donkere materie verborgen houdt. De metingen bevestigen bovendien een recente theorie over het ontstaan van zeer grote sterrenstelsels.

Het waargenomen sterrenstelsel is NGC 1399, een structuurloos reuzenstelsel op een afstand van ongeveer 50 miljoen lichtjaar. Het stelsel is vele malen groter dan ons mellkwegstelsel en bevindt zich in het centrum van een grote cluster van sterrenstelsels, zichtbaar in het (zuidelijke) sterrenbeeld Fornax. Volgens de huidige theorieën zouden zulke reuzenstelsels zijn ontstaan door het geleidelijk opslokken van kleinere objecten uit hun omgeving. Een van de consequenties hiervan zou zijn dat de materie in de buitenste delen van zulke stelsels veel sneller beweegt dan de materie nabij het centrum.

Astronomen wilden deze theorie testen en hebben de snelheden in deze buitendelen gemeten met behulp van zogeheten planetaire nevels. Dat zijn min of meer bolvormige wolken gas die sterren zoals de zon aan het einde van hun leven uitstoten. Een belangrijk deel van de straling van deze nevels wordt uitgezonden op één golflengte in het groene deel van het spectrum: de straling is afkomstig van dubbel geïoniseerd zuurstof. Deze concentratie van licht maakt het mogelijk om, via de Dopplerverschuiving van de spectraallijn, de snelheden van de nevels in de waarnemingsrichting af te leiden.

De planetaire nevels in de buitendelen van NGC 1399 vertonen zich vanwege hun grote afstanden nog maar als stipjes. Er zijn dus heel lange waarnemingstijden nodig om zoveel licht op te vangen dat men de groene spectraallijn kan detecteren. De astronomen slaagden er in om na belichtingstijden van vijf uur de spectra van 37 nevels vast te leggen. Zij gebruikten hiertoe de 3,5 meter New Technology Telescoop van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht op La Sillia (Chili).

De uit de Dopperverschuivingen afgeleide snelheden bevestigen wat werd vermoed: de planetaire nevels hebben grote snelheden, die wijzen op een snelle rotatie van de buitenste delen van dit sterrenstelsel. De binnenste delen roteren vrij langzaam. Verder kan men uit de snelheden van de nevels afleiden dat de totale massa van het sterrenstelsel erg groot moet zijn en dat niet meer dan 10 procent van die massa zichtbaar is in de vorm van de sterren en het gas dat we waarnemen.

De resterende 90 procent van de massa moet bestaan uit donkere, vooralsnog onzichtbare materie. Al vele malen eerder zijn er aanwijzingen gevonden dat zich in of rond sterrenstelsels veel donkere materie verscholen houdt. Hoewel er al vele suggesties zijn gedaan over de mogelijke aard van deze onzichtbare materie, van zeer exotische sub-atomaire deeltjes tot planeetachtige objecten, is hierover nog niets met zekerheid bekend.

    • George Beekman