Draaiend hart van Melkweg vertraagt

Astronomie De balk vol sterren in het centrum van de Melkweg draait steeds langzamer. Donkere materie is mogelijk de oorzaak.

Impressie van de Melkweg, met in het midden de gigantische sterrenbalk.
Impressie van de Melkweg, met in het midden de gigantische sterrenbalk. Foto Spitzer Space Telescope

Wat astronomen al decennia lang vermoedden, is nu bevestigd met observaties van de Gaia ruimtetelescoop door Britse wetenschappers: de gigantische sterrenbalk in het centrum van de Melkweg draait steeds langzamer. En dat inzicht levert nieuw bewijs voor het bestaan van donkere materie, concludeerden de wetenschappers in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

De Melkweg is een balkspiraalstelsel: vanuit een balk in het midden strekken spiraalarmen zich uit. Met een diameter van zo’n honderdduizend lichtjaar en een dikte van zesduizend lichtjaar ziet de Melkweg eruit als een gigantische pannenkoek. Het stelsel huisvest honderden miljarden sterren, inclusief onze eigen ster: de zon. De aarde bevindt zich ongeveer 25.000 lichtjaar van het centrum, ergens in een zijstraat genaamd de Orionarm: een kleine vertakking van een van de grotere armen.

De sterrenbalk in het centrum van de Melkweg bestaat uit miljarden sterren die redelijk dicht op elkaar zitten en draait rondjes om zijn as. De balk heeft een lengte van ongeveer een derde van de afstand tussen de zon en het centrum van de Melkweg.

Astronomen vermoedden al een poosje dat de snelheid waarmee die balk om zijn as draait wel móét afnemen. Hij zou wrijven met donkere materie. Dat zijn hypothetische deeltjes waar ongeveer 25 procent van het heelal uit bestaat. Wetenschappers hebben ze nog niet gevonden, want die deeltjes geven of absorberen geen licht, maar ze kunnen de ontbrekende massa in het heelal verklaren.

Langeafstandsrelatie

De Britse astronomen Rimpei Chiba van de Universiteit van Oxford en Ralph Schönrich van University College London ontdekten dat als de balk in het midden van de Melkweg inderdaad afremt, ze dat kunnen zien aan het gebied waarin de omringende Hercules-sterren zich bevinden. Dat is een stroom sterren die op een speciale manier bewegen. Net als andere sterren in de Melkweg cirkelen ze om het centrum, maar de snelheid waarmee ze dat doen is afgestemd op de draaisnelheid van de balk. Astronomen noemen zo’n langeafstandsrelatie resonantie. Het gebied waar de Hercules-sterren zich bevinden die zo’n relatie hebben met de balk, noemen ze het resonantiegebied. Hoe langzamer de balk draait, hoe groter de omtrek van het resonantiegebied wordt en hoe meer verderaf gelegen sterren erin gevangen worden.

Om te onderzoeken of het resonantiegebied inderdaad toenam, analyseerden de astronomen het ijzergehalte van de sterren in dat gebied met behulp van de Gaia ruimtetelescoop van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Uit computersimulaties volgt dat wanneer de balk altijd met dezelfde snelheid draait, en het resonantiegebied altijd dezelfde grootte heeft, het gebied maar uit één type ster zou bestaan; met dezelfde hoeveelheid ijzer.

Jaarringen

De astronomen zagen juist dat het gebied uit allerlei ringen bestaat met verschillende soorten sterren: met een ander ijzergehalte – net zoals de jaarringen van een boom. De oudste ring bevindt zich in het midden en bestaat uit sterren met een hoog ijzergehalte – de nieuwste ring bevindt zich aan de rand en bestaat uit sterren met een laag ijzergehalte. De astronomen berekenden op basis van het ijzergehalte dat de rotatie van de balk met meer dan 24 procent is afgenomen sinds het ontstaan ervan. Het is nog te vroeg om te stellen dat de balk ooit helemaal tot stilstand komt. Er zijn nog complexere modellen nodig om te schetsen hoe de balk zich precies ontwikkelt, menen de onderzoekers.

„Op zich was het te verwachten dat de balk in het centrum van de Melkweg steeds langzamer draait”, zegt Amina Helmi, sterrenkundige aan de Rijksuniversiteit Groningen en niet bij de studie betrokken. „Maar het is echt heel knap dat het de astronomen gelukt is om zo’n complex systeem ook daadwerkelijk te meten.”

Volgens de astronomen levert dit extra bewijsmateriaal voor het bestaan van donkere materie. Helmi sluit zich daarbij aan. „De astronomen hebben aangetoond dat dit deel van de Melkweg zich gedraagt zoals je zou verwachten in een universum met donkere materie. Het is nu de taak aan andere wetenschappers die aan alternatieven voor donkere materie werken, om de vertraging van de balk met hun theorie te verklaren.”