Donkere materie niet in elke Melkweg

Heelal

‘Moderne’ sterrenstelsels zitten vol donkere materie. Maar sterrenstelsels op 10 miljard lichtjaar afstand zien er heel anders uit.

Foto ESO

Schijfvormige sterrenstelsels op 10 miljard lichtjaar van de aarde bestaan grotendeels uit… gas en sterren. Dat is verrassend, want het betekent dat donkere materie een ondergeschikte rol speelt in de verre voorouders van onze Melkweg. Deze conclusies zijn woensdag gepubliceerd in de tijdschriften Nature en het Astrophysical Journal. Ze geven inzicht in de tijd dat sterrenstelsels nog in ‘aanbouw’ waren.

Een schijfvormig sterrenstelsel of ‘schijfstelsel’ heeft een middellijn van tienduizenden lichtjaren. In deze schijf draaien sterren, gas en stof traag om een gezamenlijk middelpunt. In het centrale deel ervan zitten de sterren dicht opeengepakt, maar naar buiten toe neemt de dichtheid van de materie af.

Een groot internationaal onderzoeksteam, onder leiding van het Max Planck-instituut voor buitenaardse fysica in Garching, heeft een aantal verre schijfstelsels bekeken. De waarnemingen zijn verricht met de Europese Very Large Telescope in het noorden van Chili.

Verre, jonge stelsels

Het onderzoek richtte zich op stelsels die 10 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd zijn. Omdat hun licht er ongeveer 10 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken, nemen astronomen hen waar zoals ze er 10 miljard jaar geleden uitzagen. Het heelal was op dat moment nog geen 4 miljard jaar oud en de stelsels moeten dus zelfs nog wat jonger zijn.

Nabije, en dus oude sterrenstelsels bestaan slechts voor een klein deel, misschien maar zo’n 15 procent, uit gas en sterren. Dat is in de jaren tachtig afgeleid uit de snelheid waarmee ze ronddraaien (zie onderaan). Ze bestaan voor het overgrote deel uit donkere materie: materie die wel massa heeft, maar geen licht of andere vormen van straling uitzendt. Maar het gas in de nu onderzochte sterrenstelsels gedraagt zich alsof er weinig donkere materie aanwezig is. De verklaring zou wel eens kunnen liggen bij het jeugdige karakter van deze stelsels.

Theoretische modellen geven aan dat de vorming van sterrenstelsels zich heeft afgespeeld in kolossale wolken van donkere materie, zogeheten ‘halo’s’.

In het hart van deze halo’s hoopte zich in snel tempo gas op dat zich verzamelde tot een ronddraaiende schijf waarin sterren konden ontstaan. Dit scenario kan verklaren waarom de eerste schijfstelsels een overdaad aan normale materie bevatten. Blijkbaar deed de donkere materie er miljarden jaren over om zich in het kerngebied van de halo’s te verzamelen, waardoor deze pas veel later de overhand kreeg in de sterrenstelsels.

Het nieuwe onderzoeksresultaat heeft overigens geen gevolgen voor de veronderstelling dat bijna 85 procent van alle massa in het heelal voor rekening van donkere materie komt.

Evenmin weten we nu beter wat donkere materie is. Er zijn zelfs wetenschappers, zoals de Nederlandse theoretisch natuurkundige Erik Verlinde, die denken dat donkere materie helemaal niet bestaat.