Een enorm sterrenstelsel met bijna geen donkere materie

Volgens onze heersende kosmologische modellen is donkere materie goed voor ongeveer 85% van de massa in het universum. Hoewel voortdurende inspanningen om deze mysterieuze, onzichtbare cluster te bestuderen geen direct bewijs hebben opgeleverd, zijn astrofysici erin geslaagd de impact ervan te meten door middel van observaties. halo’s van donkere materieen zwaartekrachtlenzen en de invloed van de algemene relativiteitstheorie op grootschalige kosmische structuren. en met de hulp van missies van de volgende generatie, zoals de ESA Euclides En Nasa Nancy Grace Roman Voor ruimtetelescopen is donkere materie misschien niet veel langer een mysterie!

Dan komt er zoiets als dit: een enorm sterrenstelsel dat weinig of geen donkere materie lijkt te hebben! Dit is precies wat een team van astronomen onder leiding van leden van het Instituto Astrofisica de Canarias (IAC) waarnam bij het observeren van NGC 1277. Dit lenticulaire sterrenstelsel, op 240 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Perseus, is meerdere malen groter dan de Melkweg. Dit is de eerste keer dat een enorm sterrenstelsel is gevonden dat geen tekenen van donkere materie vertoont, wat een serieuze uitdaging vormt voor onze huidige kosmologische modellen.

De zoektocht werd geleid Sebastiaan Comeroneen extragalactische astronoom aan de Universiteit van La Laguna (ULL), een IAC en leider Archiveringsmiddelen voor dikke schijven (ArcThick) Samenwerking. Hij werd vergezeld door onderzoekers van het Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, de National Academy of Sciences of Ukraine, het Instituto Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS) en het Max Planck Institute for Astronomy and Multiple Universities (MPA). Het artikel met hun bevindingen verscheen onlangs in het tijdschrift Astronomie en astrofysica.

Volgens het standaardmodel van de kosmologie – ook wel bekend als. de Koude lambda donkere materie Model (? CDM) – Donkere materie speelde een integrale rol in de vorming en evolutie van het universum (en blijft dit doen). Theoretisch bestond deze onzichtbare massa kort na de oerknal en vormde halo’s die neutraal waterstofgas aantrokken tot wervelende schijven. Dit gas werd in steeds dichtere en dichtere wolken gezogen, wat leidde tot de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels. Tegenwoordig is de DM een belangrijk onderdeel van alle massieve sterrenstelsels en blijkt uit de rotatiecurven, de lenzen die het creëert en de interacties met omringende sterren en het galactische medium (IGM).

Toen het team echter de massaverdeling van NGC 1277 mat, merkten ze alleen de verdeling van de ster op. Hieruit concluderen ze dat DM niet meer dan 5% van de massa van het sterrenstelsel binnen de waargenomen straal kan uitmaken, hoewel hun waarnemingen aangeven dat er misschien helemaal geen DM is. Zoals Comeron onlangs opmerkte IAC persbericht:

“Dit resultaat past niet bij de momenteel geaccepteerde kosmologische modellen, waaronder donkere materie. Het belang van de resterende sterrenstelsels om ons te helpen begrijpen hoe de eerste sterrenstelsels zijn gevormd, is de reden waarom we besloten om NGC 1277 te observeren met behulp van een geïntegreerde veldspectrometer. Van de spectra hebben we kinematische kaarten gemaakt waarmee we de massaverdeling binnen de melkweg tot een straal van ongeveer 20.000 lichtjaar konden bepalen. “

In hun paper beschrijft het team NGC 1277 als een prototype van een ‘reststelsel’, een zeer zeldzame klasse die geen interactie heeft met naburige sterrenstelsels. Aangenomen wordt dat deze sterrenstelsels de overblijfselen zijn van gigantische sterrenstelsels die kort na de oerknal zijn gevormd. Het CDM-model voorspelt echter dat DM ten minste 10% van de massieve sterrenstelsels zoals NGC 1277 zou moeten uitmaken, met een maximum van 70% voor dit specifieke type. Hij zei Medeauteur Ana Ferré Mathieu, onderzoeker bij IAC en ULL Er zijn twee mogelijke verklaringen voor deze discrepantie:

“De ene is dat de zwaartekrachtinteractie met het omringende medium binnen de melkwegcluster waarin deze melkweg zich bevindt, de donkere materie heeft verwijderd. De andere is dat de donkere materie uit het systeem werd geworpen toen de melkweg werd gevormd door de samensmelting van protogalactische fragmenten, die aanleiding geven tot de resterende melkweg. “

Geen van deze verklaringen is echter volledig bevredigend voor het team. In de nabije toekomst is het team van plan het mysterie verder te onderzoeken door observaties te doen met behulp van WHT verbeterde zonesnelheidszoeker (WEAVE) gevestigd op William Herschel-telescoop (WHT), gelegen aan het observatorium Roque de los Muchachos op het eiland La Palma. Als de snelheidsmetingen van WEAVE zouden bevestigen dat NGC 1277 geen DM heeft, kunnen ze twijfel zaaien over alternatieve theorieën – zoals gemodificeerde Newtoniaanse dynamiek (MOND). Hij zei Trujillo:

“Deze discrepantie tussen de waarnemingen en wat we verwachten is een mysterie en misschien een uitdaging voor het standaardmodel. Hoewel donkere materie verloren kan gaan in een bepaald sterrenstelsel, zou de gewijzigde wet van de zwaartekracht universeel moeten zijn, en er kunnen geen uitzonderingen zijn, zodat een sterrenstelsel zonder donkere materie een weerlegging zou zijn van dit soort surrogaat voor donkere materie.”

Deze waarnemingen zouden ook enig licht kunnen werpen op het superzware zwarte gat (SMBH) van de melkweg, dat een massa heeft van ongeveer 17 miljard zonsmassa’s, of 4.250 keer de massa van Sagittarius A* (de SMBH in het centrum van de Melkweg)! Volgens sommige astronomen kan de bron van DM zwarte gaten zijn, die werden gevormd door het instorten van DM-halo’s tijdens het vroege heelal. Er is ook het mysterie van sterrenstelsels met donkere materie, zoals het vreemde geval van FAST J0139+4328, dat bijna volledig uit DM bestaat.

Missies van de volgende generatie zoals Euclides en de Nancy Grace Roman Ruimtetelescopen zullen ook nieuwe inzichten opleveren door de uitdijing van het heelal sinds de oerknal te onderzoeken. Deze waarnemingen zijn bedoeld om het effect van donkere materie (en donkere energie) op de grootste kosmische schalen te meten. De resultaten van deze en andere studies zullen het debat beslechten door het bestaan ​​van een mysterieuze onzichtbare massa te onthullen of dat ons begrip van de zwaartekracht (zoals beschreven door de algemene relativiteitstheorie) moet worden herzien.

Verder lezen: IACEn Astronomie en astrofysica