Astronomen hebben twee kolossale clusters van sterrenstelsels gezien die op elkaar botsten en daarbij al hun donkere materie wegslingerden. Dit kan een cruciale aanwijzing zijn bij het achterhalen van de eigenschappen van donkere materie.
Toen twee enorme sterrenstelselclusters miljarden jaren geleden met elkaar in botsing kwamen, vloog al hun donkere materie naar buiten. Het gas en de sterren die achterbleven, vormden de overblijfselen van de clusters. Als astronomen dit botsingsproces begrijpen, komen ze meer te weten over de aard van donkere materie en de effecten ervan op het heelal.
Zeven telescopen
Botsingen tussen clusters van sterrenstelsels zijn moeilijk waar te nemen. We moeten ze op precies het juiste moment en onder de juiste hoek ten opzichte van de aarde waarnemen om de snelheden van de verschillende clusteronderdelen te kunnen meten. Astronoom Emily Silich van het California Institute of Technology (Caltech) en haar collega’s hebben dat nu voor het eerst gedaan bij de clusterbotsing MACS J0018.5+1626. Hun resultaten verschenen in het vakblad The Astrophysical Journal.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Om deze metingen te kunnen doen, combineerden de onderzoekers waarnemingen van zeven van de krachtigste telescopen op aarde en in de ruimte. ‘We verzamelden hetzelfde soort gegevens voor een groot aantal clusters. Ze zagen er allemaal precies zo uit als verwacht – dit was de enige afwijkende’, zegt astronoom Jack Sayers, ook van Caltech.
Na deze clusterfusie leek het alsof de donkere materie de andere kant op ging dan de gewone, bekende materie. Maar dat was een geometrische illusie. De onderzoekers ontdekten dat de twee zich in feite gewoon hadden gescheiden, waarbij de gewone materie vertraagde en het donkere spul verder raasde.
Vrachtwagens
Silich vergelijkt deze kosmische botsing met een botsing tussen twee open vrachtwagens met ladingen zand. De vrachtwagens zelf – die de sterren en het gas voorstellen – botsen op elkaar en vertragen drastisch, terwijl het zand – de donkere materie – in beweging blijft en alle kanten op wordt geslingerd. Dit komt doordat donkere materie zich alleen via de zwaartekracht bemoeit met andere materie, terwijl gewone materie vertraagt door turbulentie van andere onderlinge krachten.
De donkere materie wordt uiteindelijk helemaal uit de clusters geworpen – wat astronomen een uitstekende kans biedt om het spul op zichzelf te observeren. ‘Als we donkere materie en gas kunnen scheiden, kunnen we de eigenschappen van donkere materie achterhalen, iets waar we nog niet veel over weten’, zegt astronoom Helen Russell van de Universiteit van Nottingham in het Verenigd Koninkrijk.
Onmogelijk
Hoewel astronomen dit fenomeen al eerder hebben gezien, is deze clusterbotsing bijzonder vanwege de oriëntatie aan de hemel. Het cluster is zodanig georiënteerd dat de botsing zich in onze gezichtslijn bevindt – het ene cluster komt recht op ons af en het andere beweegt recht van ons af – waardoor de onderzoekers de snelheden van de verschillende componenten konden meten. Vervolgens gebruikten ze simulaties om de gegevens te vergelijken met versimpelde modellen van het gedrag van donkere materie.
‘Omdat ze al deze verschillende soorten waarnemingsinformatie samenvoegen, kunnen ze dingen over deze botsingen afleiden waarvan ik voorheen gezegd zou hebben dat het onmogelijk was’, zegt astronoom Lawrence Rudnick van de Universiteit van Minnesota. ‘We kunnen nu vragen stellen die we eerder niet konden stellen.’
De belangrijkste vraag is wat de ware aard van donkere materie is, en hoe dat spul effect heeft op zowel zichzelf als andere objecten eromheen. ‘Met hoogwaardige observatiegegevens zou je kunnen gaan spelen met verschillende modellen van donkere materie om die vervolgens met de observaties te vergelijken. Zo kunnen we die waargenomen objecten mogelijk gaan gebruiken om donkere materie te onderzoeken’, zegt Silich.
Waarnemingen van een enkele botsing zullen niet genoeg zijn om erachter te komen hoe donkere materie precies in elkaar zit. Maar dit onderzoek laat zien dat het met meer gedetailleerde waarnemingen van meer kosmische botsingen wel mogelijk moet zijn.
