Astronomen staan opnieuw voor raadsel: nu ook gigantisch sterrenstelsel zonder donkere materie ontdekt

Kleine sterrenstelsels zonder donkere materie zorgden enkele jaren geleden al voor veel opschudding. Maar nu is er zelfs voor het eerst bewijs gevonden dat er ook een heel groot stelsel is zonder donkere materie. En dat past totaal niet binnen het standaardmodel van de kosmologie.

Het gaat om sterrenstelsel NGC 1277. Dit is een spiraalvormig stelsel dat zich op zo’n 220 miljoen lichtjaar van de Aarde bevindt. In 2018 werd ontdekt dat er geen nieuwe sterren worden gevormd, maar dat het stelsel enkel bestaat uit oude sterren, die miljarden jaren geleden zijn ontstaan. Het is een zogenoemd reliek sterrenstelsel, wat wil zeggen dat het geen enkele interactie heeft gehad met andere sterrenstelsels. Waarschijnlijk is het een overblijfsel van een gigantisch stelsel dat in het vroege heelal is ontstaan.

Geen donkere materie
Onderzoekers van het astrofysisch onderzoeksinstituut IAC op de Canarische eilanden en de University of La Laguna hebben nu ontdekt dat NGC 1277 helemaal geen donkere materie bevat. Dit is de eerste keer dat er in zo’n groot sterrenstelsel – de massa is enkele malen groter dan die van onze Melkweg – geen bewijs is gevonden voor dat inmiddels zo bekende, maar onzichtbare onderdeel van het universum. “Dit past niet in de huidige kosmologische modellen die uitgaan van het bestaan van donkere materie”, legt hoofdonderzoeker Sebastién Comerón uit.

Volgens het standaardmodel bevatten heel grote sterrenstelsels namelijk substantiële hoeveelheden donkere materie. Deze donkere materie is in principe onzichtbaar. We kunnen hem waarnemen door de sterke zwaartekracht die de materie uitoefent op sterren en gas in de buurt.

Uitdagende puzzel
Bij het oude sterrenstelsel NGC 1277 is deze materie dus niet gevonden. “De reden dat we NGC 1277 besloten te bestuderen met een spectograaf is dat het ons helpt om te begrijpen hoe de eerste sterrenstelsels zijn gevormd”, legt Comerón uit. Zo konden de onderzoekers de beweging van de sterren meten tot 20.000 lichtjaar buiten het sterrenstelsel en leidden ze af dat er binnen de geobserveerde radius niet meer dan 5 procent donkere materie kon zijn en waarschijnlijk was er helemaal geen donkere materie.

Dat druist in tegen de huidige modellen. Die gaan er namelijk van uit dat een sterrenstelsel van het formaat van NGC 1277 voor minstens 10 procent uit donkere materie zou moeten bestaan met een maximum van 70 procent. “De discrepantie tussen de observaties en wat we verwachtten is een puzzel, en misschien zelfs een uitdaging voor het standaardmodel”, vertelt onderzoeker Ignacio Trujillo.

Twee onbevredigende verklaringen
Is er dan helemaal geen mogelijke verklaring voor het ontbreken van de donkere materie? Ja zeker wel, het artikel noemt er zelfs twee. “Een mogelijkheid is dat door de interactie van de zwaartekracht met het omliggende intergalactische medium de donkere materie verdwenen is”, legt onderzoeker Anna Ferré-Mateu uit. “De andere verklaring is dat de donkere materie het systeem is uitgedreven toen NGC 1277 lang geleden ontstond uit protostelsels.”

Maar voor de auteurs zijn beide verklaringen niet bevredigend “dus de puzzel van hoe een enorm sterrenstelsel kan ontstaan zonder donkere materie blijft voorlopig een puzzel”, zegt Comerón, die met zijn team het mysterie verder onderzoekt.

Geen uitzonderingen
Als NGC 1277 geen donkere materie bevat, is dat geenszins een bevestiging voor alternatieve modellen die bijvoorbeeld stellen dat donkere materie helemaal niet bestaat. “Hoewel de donkere materie in een specifiek sterrenstelsel verloren kan gaan, moet een aangepaste wet van de zwaartekracht universeel zijn. Er kunnen geen uitzonderingen zijn, dus een sterrenstelsel zonder donkere materie is een weerlegging van dit soort alternatieven voor donkere materie”, klinkt het tot besluit.