Ontdek de melkweg zonder een spoor van donkere materie

Een internationaal team van astronomen onder leiding van onderzoekers uit Nederland vond geen spoor van donkere materie in het sterrenstelsel AGC 114905, ondanks gedetailleerde metingen over een periode van veertig uur met behulp van de nieuwste telescopen. Zij presenteren hun bevindingen in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.

Toen Pavel Mancera Piña (Rijksuniversiteit Groningen en Astron, Nederland) en zijn collega’s ontdekten Zes sterrenstelsels met weinig of geen donkere materie, kregen ze te horen: “Meet opnieuw, je zult zien dat er donkere materie rond je melkwegstelsel zal zijn.” Na veertig uur gedetailleerde waarnemingen met behulp van de Very Large Array (VLA) in New Mexico (VS), is het bewijs voor het bestaan ​​van een sterrenstelsel zonder donkere materie echter sterker geworden.

Het melkwegstelsel in kwestie, AGC 114905, bevindt zich op ongeveer 250 miljoen lichtjaar afstand. Geclassificeerd als een zeer diffuus dwergstelsel, verwijst de naam “dwergstelsel” eerder naar zijn helderheid dan naar zijn grootte. De grootte van de melkweg is de grootte van onze melkweg Melkweg Maar het bevat duizend keer minder sterren. Het heersende idee is dat alle sterrenstelsels, en zeker zeer diffuse dwergstelsels, alleen kunnen bestaan ​​als ze bij elkaar worden gehouden door donkere materie.

Melkwegstelsel AGC 114905. Een stellaire emissie van het melkwegstelsel wordt weergegeven in blauw. Groene wolken tonen neutraal waterstofgas. Het sterrenstelsel lijkt geen donkere materie te bevatten, zelfs niet na 40 uur gedetailleerde metingen met de nieuwste telescopen. Krediet: Javier Román & Pavel Mancera Piña

Met behulp van de VLA-telescoop verzamelden onderzoekers gedurende 40 uur tussen juli en oktober 2020 gegevens over de gasrotatie van AGC 114905. Vervolgens maakten ze een grafiek met de afstand van het gas tot het centrum van de melkweg op de x-as en de rotatiesnelheid van het gas op de y-as. Dit is een standaardmethode voor het detecteren van de aanwezigheid van donkere materie. De grafiek laat zien dat de gasbewegingen van AGC 114905 volledig kunnen worden verklaard door alleen gewone materie.

“Dit is natuurlijk wat we dachten en waarop we hoopten, omdat het onze eerdere metingen bevestigt”, zegt Pavel Mancera Piña. “Maar het probleem is nu dat de theorie voorspelt dat er donkere materie zou moeten zijn in AGC 114905, maar onze waarnemingen zeggen dat dat niet het geval is. Het verschil tussen theorie en waarneming wordt zelfs groter.”

In hun wetenschappelijke publicaties zetten onderzoekers één voor één mogelijke verklaringen voor het ontbreken van donkere materie op een rij. AGC 114905 zou bijvoorbeeld door grote nabije sterrenstelsels van donkere materie kunnen zijn ontdaan. Mancera Peña: “Maar er is niemand. Onder de meest bekende galactische formatie, het zogenaamde koude donkere-materiemodel, zullen we extreme parameterwaarden moeten introduceren die ver buiten het gebruikelijke bereik liggen. Ook met Modified Newtoniaanse dynamiek, een alternatief theorie van koude donkere materie, kunnen we de productie van gasbewegingen in de melkweg niet recreëren.”

Volgens de onderzoekers is er nog een andere veronderstelling die hun conclusies zou kunnen veranderen. Dit is de geschatte hoek van waaruit ze denken de melkweg te observeren. “Maar deze hoek moet aanzienlijk afwijken van onze schatting voordat er weer ruimte is voor donkere materie”, zegt co-auteur Tom Osterloo (ASTRON).

Ondertussen onderzoeken onderzoekers een tweede, zeer diffuus dwergstelsel in detail. Als je nooit meer een spoor van donkere materie in dat sterrenstelsel ziet, zal de toestand van donkere materie de arme sterrenstelsels nog sterker maken.

Het onderzoek van Mancera Peña en collega’s stond niet op zichzelf. Eerder had bijvoorbeeld de Nederlands-Amerikaanse Peter van Dokkum (Yale universiteit, VS) Een bestand zoeken Een sterrenstelsel met nauwelijks donkere materie. De technieken en metingen van Mancera Piña en collega’s zijn robuuster.

Referentie: “No Need for Dark Matter: The Resolving Kinetics of a Superspreading Galaxy AGC 114905” door Pavel E. Mancera Peña, Filippo Fraternali, Tom Osterlo, Elizabeth A.K. Adams, Kyle A. Amman en Lucas Lissman, Pending Review, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
arXiv: 2112.00017