Nieuw onderzoek suggereert dat het mysterieuze goedje nu invloedrijker is dan in de jonge jaren van het heelal.

Dat concluderen astronomen in het blad Nature. Ze baseren zich op een onderzoek naar de rotatie van zes zware sterren vormende stelsels op zeer grote afstand van de aarde.

Twijfels over donkere materie

Eigenlijk is donkere materie door onderzoekers ‘bedacht’ om te kunnen verklaren waarom snel roterende sterrenstelsels niet uiteenvallen. Of donkere materie echt bestaat, is onduidelijk. We kunnen het immers niet zien. Het bestaan ervan is alleen af te leiden uit het zwaartekrachtseffect dat het op zichtbare materie heeft. Overigens zijn lang niet alle onderzoekers ervan overtuigd dat donkere materie bestaat. Vorig jaar stelde de Nederlandse hoogleraar Erik Verlinde nog dat donkere materie niet bestaat en dat we het ook niet nodig hebben om te verklaren waarom snel roterende sterrenstelsels niet uiteenvallen.

Donkere materie
Sterrenstelsels roteren. En vrij snel ook. Zo snel dat je eigenlijk zou verwachten dat ze uiteenvallen. Maar dat gebeurt niet. Hoe kan dat? Onderzoekers wijten het aan donkere materie: een onzichtbaar goedje dat dienst doet als een soort ‘superlijm’ en voorkomt dat snel roterende sterrenstelsels uiteenvallen (zie kader).

In het jonge heelal
In dit nieuwe onderzoek bestudeerden wetenschappers roterende zware sterren vormende stelsels die ver van ons verwijderd zijn. Omdat het licht van deze sterrenstelsels miljarden jaren moet reizen alvorens het ons bereikt, zien we deze sterrenstelsels nu zoals deze er 10 miljard jaar geleden, oftewel in de tijd van het jonge heelal, uitzagen. Uit de waarnemingen van de onderzoekers blijkt dat deze sterrenstelsels op een belangrijk punt afwijken van de spiraalstelsels zoals we die in het huidige heelal zien. De buitenste delen van de sterrenstelsels uit het vroege heelal draaien namelijk veel langzamer dan de delen dichter bij de kern. Het suggereert dat er minder donkere materie aanwezig is dan verwacht.

Hier zie je een schematische weergave van draaiende schijfstelsels in het vroege heelal (rechts) en in het moderne heelal (links). De nieuwe waarnemingen suggereren dat zware sterren-vormende stelsels in het voege heelal minder sterk beïnvloed werden door donkere materie (rood ingekleurd), omdat donkere materie nog minder geconcentreerd was. Daardoor draaiden de buitenste delen van de verre sterrenstelsels minder snel dan dezelfde delen van sterrenstelsels in het lokale heelal. Afbeelding: ESO / L. Calçada.

Kleine rol voor donkere materie
“Verrassend genoeg zijn de rotatiesnelheden in de sterrenstelsels niet constant, maar nemen ze naar buiten toe af,” vertelt onderzoeker Reinhard Genzel. “Dat heeft waarschijnlijk twee oorzaken. Allereerst worden de meeste van deze vroege zware sterrenstelsels gedomineerd door normale materie, en speelt donkere materie een veel kleinere rol dan in het lokale heelal. Op de tweede plaats waren de schijven van deze vroege stelsels veel turbulenter dan de spiraalstelsels die we in onze kosmische nabijheid zien.”

En hoe verder we teruggaan in het verleden, hoe sterker de door Renzel beschreven effecten tot uiting komen. Het suggereert dat het gas zich drie tot vier miljard jaar na de oerknal al had georganiseerd in platte, draaiende schijven, maar dat de omhullende halo’s van donkere materie zich nog over een veel groter volume uitstrekten. Het zou betekenen dat donkere materie miljarden jaren meer tijd nodig had om zich te verdichten en pas veel later een dominante rol ging spelen in het universum. Het is in lijn met eerdere waarnemingen die aantoonden dat vroege sterrenstelsels veel gasrijker en compacter waren dan de huidige sterrenstelsels.