Het betreffende sterrenstelsel bevindt zich veel dichterbij dan eerder aangenomen. En dat heeft consequenties voor de hoeveelheid donkere materie.

Ongeveer een jaar geleden kwamen onderzoekers met een vrij onverwachte ontdekking op de proppen. Zo stelden ze dat ze het sterrenstelsel NGC 1052-DF2 bijna geen donkere materie herbergde. Een uitkomst die wenkbrauwen deed fronsen. Wetenschappers gingen er namelijk vanuit dat elk sterrenstelsel donkere materie had. Sterker nog: elk sterrenstelsel zou met donkere materie beginnen. Spaanse onderzoekers hebben zich in een nieuwe studie over NGC 1052-DF2 gebogen. En zij komen tot een hele andere conclusie.

Wat is donkere materie?


Naar schatting bestaat ongeveer 27 procent van de totale hoeveelheid materie of energie uit donkere materie. Dit is een hypothetische – oftewel nog onbewezen – materie die we niet kunnen zien. Het bestaan van donkere materie is dus nog niet bewezen én we kunnen het niet zien. Waarom vermoeden onderzoekers dan toch dat het er is? Wanneer we naar sommige sterrenstelsels of clusters van sterrenstelsels kijken, zien we dat deze zeer snel roteren. Dat gaat zo snel dat je – afgaand op wat je kunt zien – zou verwachten dat ze uit elkaar vliegen. Maar dat gebeurt niet. En dat zou toe te schrijven zijn aan een onzichtbare materie – donkere materie – die de boel door wat extra massa te geven aan het sterrenstelsel bij elkaar houdt.

Afstand
In de eerste studie stelden de onderzoekers dat NGC 1052-DF2 zich op een afstand van ongeveer 64 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt. Maar nadat de Spaanse onderzoekers zich nogmaals over data ontfermden, kwamen ze tot de conclusie dat het sterrenstelsel veel dichterbij ligt. Zo zou het sterrenstelsel zich op ongeveer 42 miljoen lichtjaar afstand van ons bevinden. En dat betekent dat bepaalde eigenschappen van het sterrenstelsel ineens weer heel normaal zijn, met genoeg ruimte voor donkere materie.

Helderheid
Onderzoeker Ignacio Trujillo legt dit aan scientias.nl nog iets gedetailleerder uit. “Astronomen meten alleen de schijnbare helderheid van objecten,” zegt hij. “Maar om de absolute helderheid van sterren of sterrenstelsels te meten, moeten we ook de afstand weten.” De absolute helderheid weerspiegelt het aantal sterren dat een sterrenstelsel herbergt. Dit zet een soort kettingreactie in werking: hoe helderder, hoe meer sterren er in een sterrenstelsel huizen en hoe groter de massa van het sterrenstelsel. “Als je de afstand tot het sterrenstelsel dus verkeerd meet en je bijvoorbeeld vermoedt dat het verder van ons vandaan ligt, dan heeft het sterrenstelsel in theorie dus meer massa dan dat het in werkelijkheid heeft. Dit betekent dat als je een sterrenstelsel per ongeluk heel ver weg plaatst, je de dynamiek van de sterren ook zonder donkere materie kunt verklaren.”

Massa
De onderzoekers gebruikten vijf verschillende, onafhankelijke methoden om de absolute afstand tot NGC 1052-DF2 te meten. En ze kwamen er via deze nieuwe afstandsanalyse achter dat de totale massa van dit sterrenstelsel ongeveer de helft is van de eerder geschatte massa. Daarnaast blijkt een kwart te bestaan uit normale materie. Dat betekent dat er een aanzienlijk deel van de totale massa wel moet bestaan uit donkere materie. De resultaten tonen dus het fundamentele belang aan van het vaststellen van de juiste afstanden tot sterrenstelsels. Dit is echter altijd al een van de meest uitdagende klussen geweest binnen de astrofysica: de precieze afstanden meten tot objecten die zo ver weg zijn en die we niet kunnen aanraken.

Sterrenstelsel NGC1052-DF2 waarvan gedacht werd dat het geen donkere materie zou bevatten. Afbeelding: Trujillo et al.

Donkere materie
De vraag is nu natuurlijk of het bestaan van sterrenstelsels zonder donkere materie volledig uitgesloten kan worden. “We weten dat er sterrenstelsels zijn zonder donkere materie,” zegt Trujillo. Deze worden ook wel Tidal Dwarf Galaxies genoemd. “Deze sterrenstelsels zijn gevormd tijdens botsingen van andere massieve objecten. Het is echter niet duidelijk of deze sterrenstelsels een lang leven hebben, omdat ze geen donkere materie bevatten. Het is moeilijk te begrijpen hoe ze gebonden kunnen blijven in dichte omgevingen.” Uit eerdere observaties blijkt echter dat NGC 1052-DF2 al behoorlijk oud is. “Als DF2 toch geen donkere materie had gehad, zou dit dus buitengewoon zijn geweest,” zegt Trujillo.

Redelijk dichtbij NGC 1052-DF2 ligt het sterrenstelsel NGC 1052-DF4. Onderzoekers dachten dat dit laatstgenoemde sterrenstelsel ook uit vrijwel geen donkere materie zou bestaan. Maar als DF2 toch wel donkere materie heeft, zou DF4 dat dan ook hebben? “We hebben al een artikel voorgelegd waarin we de afstand tot dit sterrenstelsel hebben bestudeerd,” zegt Trujillo. “En we hebben geconstateerd dat ook dit sterrenstelsel dichterbij ligt dan eerder werd verondersteld. In deze zin heeft het dus meer donkere materie dan oorspronkelijk werd gedacht. Om er echter achter te komen hoeveel donkere materie het herbergt, zullen we verdere analyses moeten uitvoeren, omdat we op dit moment nog steeds heel weinig over dit sterrenstelsel weten.”