In de meeste sterrenstelsels lijkt een groot deel van hun materie te ontbreken. Nu het erop lijkt dat onderzoekers die ontbrekende massa eindelijk gevonden hebben, spreekt dit de huidige modellen van de vorming van sterrenstelsels tegen.
Lange tijd werd gedacht dat een groot deel van de massa van grote sterrenstelsels ontbrak. Maar nu het is gevonden, lijkt het erop dat dat een nog groter probleem is voor ons begrip van het heelal, schrijven astronomen in een nog niet peer-gereviewed artikel.
Ongrijpbaar
Waarnemingen in de loop van het afgelopen decennium toonden aan dat sterrenstelsels van ongeveer de grootte van de Melkweg veel minder baryonische materie – dat wil zeggen: normale materie, geen donkere materie – blijken te bevatten dan wij verwachten. Deze verwachting is gebaseerd op de verhouding tussen donkere materie en gewone materie in het heelal. Die leek erop te wijzen dat de sterrenstelsels slechts ongeveer 20 procent van de materie bevatten die ze zouden moeten bevatten.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Studies in de daaropvolgende jaren vonden ongeveer de helft van die ontbrekende materie in wolken rond de sterrenstelsels, het zogenaamde koele circumgalactische medium. De andere helft bleef ongrijpbaar.
Nu hebben astronoom Fabrizio Nicastro van het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Italië en collega’s gegevens van de ruimtetelescoop XMM-Newton en het Chandra-röntgenobservatorium gebruikt om de rest van de ontbrekende materie te vinden. Dat is gelukt, maar nu lijkt er weer te veel van te zijn.
De onderzoekers keken naar drie sterrenstelsels. Zelfs deze krachtige telescopen konden de materie in de sterrenstelsels niet afzonderlijk in kaart brengen. Daarom moesten de onderzoekers de waarnemingen van de drie stelsels samen ’stapelen’, zodat ze het licht van alle drie opgeteld maten in plaats van de afzonderlijke stelsels.
Circumgalactisch medium
De onderzoekers vonden tekenen dat zich tussen het koude gas van het circumgalactische medium heter gas bevond. Dat heeft een massa van honderden miljarden zonsmassa’s. ‘De hoeveelheid massa is voldoende om de ontbrekende massa in sterrenstelsels te verklaren’, zegt Nicastro. ‘Dit bewijs brengt het merendeel van de baryonen in sterrenstelsels aan het licht.’
Maar er is wel een probleem: de materie mag helemaal niet als ontbrekend worden beschouwd. Simulaties van jonge sterrenstelsels laten zien dat krachtige sterrenwinden, veroorzaakt door processen zoals stervorming en supernova’s, een groot deel van de baryonische materie uit deze sterrenstelsels weg hebben geblazen toen ze nog jong waren. Ze zijn dus geboren met de verwachte hoeveelheid materie, en die is daarna weggeslingerd.
Maar dat betekent ook dat de ‘ontbrekende’ materie allang weg had moeten zijn, en dus niet in het omringende galactische medium zou moeten rondhangen. ‘We dachten dat deze baryonen echt zouden moeten ontbreken, ze zouden uit het sterrenstelsel moeten zijn geblazen’, zegt astronoom Vikram Ravi van het California Institute of Technology, ‘Vanuit dat perspectief is het een verbazingwekkend resultaat – als het standhoudt.’ Als de ontbrekende materie er echt is, zullen we moeten heroverwegen hoe sterrenstelsels werken.
Structuur en klonterigheid
Maar voordat we dat doen, moeten deze resultaten worden bevestigd. Een nauwkeuriger model van hoe de materie precies verdeeld is, zou de gemeten hoeveelheid kunnen veranderen. ‘Als we naar de halo van de Melkweg kijken, vinden we een behoorlijke hoeveelheid structuur en klonterigheid’, zegt Ravi. ‘Ik denk dat een vergelijking met gedetailleerde simulaties en met de Melkweg nodig is om deze gegevens beter te kunnen interpreteren.’
Het vergelijken van andere sterrenstelsels met de Melkweg zal de komende jaren cruciaal zijn, omdat we niet de mogelijkheid hebben om de circumgalactische media van sterrenstelsels buiten het onze gedetailleerd te bekijken. ‘Een of twee bevestigingen kunnen nog worden geleverd door extreem lange waarnemingen met de huidige röntgensatellieten XMM-Newton en Chandra. Maar om echt studies van het circumgalactisch medium te kunnen doen, zijn nieuwe meetinstrumenten nodig’, zegt Nicastro.
Het kan nog wel tien jaar of langer duren voordat nieuwe telescopen klaar zijn om het mysterie van de niet-zo-vermiste materie echt te ontrafelen.
