Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Raadselachtig nieuw licht op donkere materie in sterrenstelsels

Een internationaal team van astronomen, onder wie de in Leiden werkzame dr. Hongsheng Zhao heeft een onverwacht verband gevonden tussen de raadselachtige donkere materie en de zichtbare sterren in sterrenstelsels.

Deze ontdekking laat een tot dusver onbekende kant van de donkere materie zien, die verstrekkende gevolgen kan hebben, en zelfs tot herziening van ons huidige begrip van de zwaartekracht zou kunnen leiden. De ontdekkingen worden op 1 oktober in Nature gepubliceerd.

Donkere materie moet totale massa van sterrenstelsels domineren

De materie in sterrenstelsels wordt bijeengehouden door zwaartekracht. Ongeveer 40 jaar geleden werd echter duidelijk dat de sterren in sterrenstelsels zo snel bewegen, dat een extra kracht nodig is om ze bijeen te houden, namelijk zwaartekracht van een hypothetische halo van onzichtbare, zg. donkere materie. Deze donkere materie oefent zoveel kracht uit dat ze zelfs de totale massa van sterrenstelsels moet domineren.

Donkere materie lijkt te “weten” hoe zichtbare materie verdeeld is

Er wordt van uitgegaan dat de donkere materie alleen door zwaartekracht invloed uitoefent op de gewone materie waar wij uit bestaan. De nieuwe waarnemingen wijzen er echter op dat de wisselwerking tussen donkere en gewone materie complexer is dan tot nu toe gedacht. De donkere materie lijkt te “weten” hoe de zichtbare materie verdeeld is. Dr. Benoit Famaey (Universiteiten van Bonn en Straatsburg) legt uit: “Donkere en zichtbare materie lijken zodanig samen te werken dat de gemiddelde zwaartekracht van de zichtbare materie binnen een karakteristieke straal van de donkere halo altijd hetzelfde is.”

Een onzichtbare kracht

Dr. Hongsheng Zhao

Dr. Hongsheng Zhao (St. Andrews University, en gastmedewerker aan de Sterrewacht en het Instituut Lorentz te Leiden) merkt op: “Het patroon dat we hebben ontdekt is heel vreemd, alsof je in een dierentuin ontdekt dat dieren van allerlei verschillende soorten allemaal een even zware schedel hebben. Het is mogelijk dat een onbekende nieuwe kracht als een onzichtbare hand van invloed is op de donkere materie, en op alle sterrenstelsels dezelfde vingerafdruk achterlaat. Zo’n kracht zou zelfs het raadsel van de donkere energie, waardoor de expansie van het heelal wordt gedomineerd, kunnen oplossen.”

Bijstellen van wetten van de zwaartekracht

Dr. Famaey voegt hier aan toe: “Een radicalere oplossing bestaat uit een bijstelling van de wetten van de zwaartekracht, zodat het bestaan van donkere materie slechts schijn zou zijn, ten gevolge van een afwijking van de wetten van de zwaartekracht van Newton en Einstein. Maar zulke theorieën hebben weer hun eigen problemen op kosmische schalen.”

Sleutel tot begrip, vorming en evoloutie van de kosmos

Dr. Gianfranco Gentile (Universiteiten van Gent en Brussel), die de samenwerking leidde, concludeert: “Het oplossen van dit raadsel vormt wellicht een van de sleutels tot het begrijpen van de vorming, de evolutie en de structuur van sterrenstelsels in de geschiedenis van
onze kosmos.”

Het onderzoek van dr. Zhao in Leiden wordt ondersteund door subsidies van NWO en FOM.