AGC 114905 dreigt langzaam uit te groeien tot een hoofdpijndossier.

Zonder donkere materie geen sterrenstelsels, zo werd lang gedacht. Geen wonder dat astronomen gek opkeken toen wetenschappers in 2019 op zes donkere materie-arme sterrenstelsels stuitten. Het was een ronduit opmerkelijke – zoniet theoretisch onmogelijke – vondst. En sommige astronomen geloofden er dan ook niets van. Ze adviseerden de onderzoekers om de sterrenstelsels nog eens goed onder de loep te nemen, want ergens rond die sterrenstelsels moest er donkere materie te vinden zijn. Hun oproep was niet aan dovemansoren gericht, want de onderzoekers hebben nu één van die zes sterrenstelsels nog eens goed onderzocht. Met behulp van de Very Large Array in New Mexico werden gedurende 40 uur metingen verricht. Maar opnieuw is er geen spoor van donkere materie gevonden, zo schrijven de onderzoekers in het blad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

AGC 114905
Het onderzoeksartikel handelt over het sterrenstelsel AGC 114905. Het is een zogenoemd ultradiffuus dwergsterrenstelsel. Hoewel de naam anders doet vermoeden, is het sterrenstelsel niet heel klein; het kan zich meten met onze Melkweg. Dat het toch aangeduid wordt als een dwergsterrenstelsel komt doordat het ongeveer 1000 keer minder sterren herbergt. Het resultaat is een lichtzwak (ultradiffuus) stelsel.

Rijk aan donkere materie…of toch niet?
Het heersende idee is dat alle sterrenstelsels donkere materie herbergen. Maar met name ultradiffuse dwergsterrenstelsels zoals AGC 114905 kunnen eigenlijk niet zonder (zie kader).

Sterrenstelsels roteren heel snel. Eigenlijk te snel, zo stelden onderzoekers in het verleden. De zwaartekracht van de zichtbare materie waaruit deze sterrenstelsels bestaan, is namelijk niet krachtig genoeg om zo’n snel bewegend sterrenstelsel bij elkaar te houden. En toch vallen deze sterrenstelsels niet uit elkaar. Hoe kan dat? Om dat vraagstuk op te lossen, bedachten onderzoekers donkere materie. Deze vorm van materie is onzichtbaar, maar tegelijkertijd onmisbaar: het is de ‘superlijm’ die sterrenstelsels, maar ook clusters van sterrenstelsels bij elkaar houdt. Met name in ultradiffuse dwergsterrenstelsels die relatief weinig massa herbergen, is deze ‘superlijm’ eigenlijk onmisbaar.

En toch stelden onderzoekers in 2019 vast dat er in AGC 114905 geen donkere materie te vinden was. En nieuwe metingen bevestigen die opmerkelijke conclusie.

Nieuwe metingen
De onderzoekers observeerden veertig uur lang de draaiing van gas in AGC 114905. Op basis van hun observaties maakten ze een grafiek waarin ze op de x-as de afstand van het gas tot het centrum van het sterrenstelsel plaatsten en op de y-as de draaisnelheid van het gas weergaven. Normaliter onthult zo’n grafiek dan al snel dat een sterrenstelsel verborgen (oftewel: donkere) materie herbergt. Maar in het geval van AGC 114905 was dat anders; de draaisnelheid van het gas bleek volledig verklaard te kunnen worden door de zichtbare materie. En daarmee wijst opnieuw alles erop dat AGC 114905 geen donkere materie herbergt.

Theorie en praktijk lopen uiteen
“Dat is natuurlijk wat wij dachten en hoopten, want het bevestigt onze eerdere metingen,” zo stelt Pavel Mancera Piña, onderzoeker aan de Rijksuniversiteit Groningen en ASTRON. “Maar ja, nu blijft het probleem bestaan dat de theorie voorspelt dat er donkere materie moet zijn in AGC 114905, maar dat onze waarnemingen zeggen van niet.”

Kwijtgeraakt?
Zou het dan misschien kunnen dat AGC 114905 ooit wel donkere materie herbergde, maar deze op de één of andere manier is kwijtgeraakt? De onderzoekers denken van niet; in theorie zouden nabije sterrenstelsels AGC 114905 van donkere materie kunnen hebben ontdaan. Er is echter één probleem: er zijn geen nabije sterrenstelsels.

Slag om de arm
Staat het bij dezen dan vast? Is AGC 114905 echt donkere materie-arm? De onderzoekers moeten een kleine slag om de arm houden. In hun studie doen ze namelijk een aanname die misschien nog enigszins roet in het eten kan gooien. We hebben het dan over de geschatte hoek waaronder de onderzoekers het sterrenstelsel denken waar te nemen. “Maar,” zo benadrukt onderzoeker Tom Oosterloo. “Die hellingshoek moet wel heel erg afwijken van onze schatting wil er weer plaats zijn voor donkere materie.”

De kwestie knaagt. En de wetenschappers laten het er dan ook niet bij zitten. Op dit moment zijn ze een tweede ultradiffuus dwergsterrenstelsel aan het bestuderen. Als ook daar uit aanvullende metingen blijkt dat donkere materie ontbreekt, begint het bewijs voor het idee dat het mysterieuze goedje in sommige sterrenstelsels simpelweg niet voorkomt, zich behoorlijk op te stapelen. Want het onderzoek omtrent AGC 114905 staat niet op zichzelf; een aantal jaren geleden werd ook al een sterrenstelsel ontdekt dat nauwelijks donkere materie lijkt te herbergen. Ook daar is veel om te doen geweest, maar data van de machtige ruimtetelescoop Hubble bevestigde eerder dit jaar dat het donkere materie-arme sterrenstelsel bestond. Een verklaring voor het bestaan van dergelijke sterrenstelsels kon Hubble ons echter niet geven. En die blijft ook na dit nieuwe onderzoek voorlopig uit.