De evolutie van sterrenstelsels en de aard van donkere materie
Donkere materie vormt ongeveer tachtig procent van de totale massa in het heelal. Toch weten we nog steeds niet precies waarvan het gemaakt is. Astronoom Pavel Mancera Piña gaat op zoek naar antwoorden. Met een Veni-subsidie van NWO en de meest geavanceerde telescopen, waaronder de James Webb Space Telescoop, gaat hij eigenschappen van donkere materie onderzoeken. ‘Ik wil begrijpen hoe donkere materie de vorming en evolutie van sterrenstelsels heeft bepaald.’
‘Omdat donkere materie zo'n groot deel van ons universum uitmaakt, is het cruciaal om de aard van donkere materie te begrijpen als we ook ons universum willen begrijpen,’ legt Mancera Piña uit. ‘Volgens de theorie speelt donkere materie een essentiële rol in de geschiedenis van het heelal en de vorming en evolutie van sterrenstels. Maar de details begrijpen we nog niet helemaal. De exacte aard van donkere materie is al honderd jaar een mysterie. Daarom zijn het achterhalen van de aard van donkere materie en het begrijpen van de fysica van de evolutie van sterrenstelsels twee van de meest urgente taken in de astofysica.’
Wat is donkere materie?
Mancera Piña: Sterrenstelsels, zoals onze eigen Melkweg, zijn de bouwstenen van het heelal. Het grootste deel van de massa in sterrenstelsels is niet zoals de “gewone” materie waar we dagelijks mee te maken hebben, maar is een mysterieuze “donkere materie”. Donkere materie is onzichtbaar voor onze ogen, maar we kunnen de aanwezigheid ervan afleiden uit zwaartekrachteffecten. Sterrenstelsels draaien bijvoorbeeld veel sneller dan je zou verwachten aan de hand van de zichtbare materie. Er moet dus nog iets anders aanwezig zijn...’
Kijken naar oude sterrenstelsels met hypermoderne telescopen
Bij zijn zoektocht naar de aard van donkere materie krijgt Mancera Piña hulp van de meest geavanceerde telescopen, zoals de James Webb-ruimtelescoop, de ALMA-telescoop in Chili en de MeerKAT-telescoop in Zuid-Afrika. Daarmee gaat hij de bewegingen van de sterren en het gas in sterrenstelsels te meten. ‘Zowel in het heden als toen het heelal nog veel jonger was,’ voegt hij toe. ‘Op die manier wil ik de totale hoeveelheid en de verdeling van donkere materie in sterrenstelsels door de geschiedenis van het heelal afleiden.’ Zo hoopt Mancera Piña meer te weten te komen over waar donkere materie van gemaakt is en hoe het de eigenschappen van sterrenstelsels beïvloedt tijdens hun vorming en evolutie.
De link tussen donkere en normale materie
Mancera Piña hoopt dat de nieuwe waarnemingen ook zullen helpen om het verband te begrijpen tussen donkere en normale materie in sterrenstelsels en hoe de wisselwerking tussen die twee de evolutie van sterrenstelsels verder bepaalt. ‘Leren over de eigenschappen van donkere materiedeeltjes is ook voor andere vakgebieden heel belangrijk,’ zegt hij. ‘Denk aan natuurkunde, kosmologie en deeltjesfysica, maar ook de mogelijke ontwikkeling van nieuwe technologieën.’
Onafhankelijk, maar gesteund door een geweldige gemeenschap
Mancera Piña is erg verheugd over zijn beurs. ‘Ik voel me vereerd dat ik door NWO ben geselecteerd. Dit is een kans om mijn onafhankelijk onderzoek te kunnen doen maar ook deel uit te maken van de geweldige wetenschappelijke gemeenschap bij de Leidse Sterrewacht. Ik kijk erg uit naar wat er komen gaat!’
Headerfoto: Infraroodopname van de James Webb-ruimtetelescoop. Het toont een deel van een gebied aan de sterrenhemel dat bekend staat als GOODS-Zuid. Hier zijn meer dan 45.000 sterrenstelsels zichtbaar. Credits: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA).