De Melkweg heeft een duistere tweelingbroer. Een slecht verlicht zwaar sterrenstelsel, Dragonfly 44, bestaat voor maar liefst 99,99 procent uit donkere materie. Het stelsel kan helpen onze theorieën over sterrenstelselformatie te herschrijven.
Dragonfly 44 is de dubbelganger van de Melkweg qua massa, maar zijn tegenpool qua structuur en hoeveelheid sterren.
‘Neem de Melkweg en bewaar van elke honderd sterren die je ziet er één, dan kom je redelijk in de buurt’, zegt Pieter van Dokkum van de universiteit Yale. ‘Gooi de sterren die je overhoudt vervolgens in een blender en mix ze tot een grote blob.’ Het sterrenstelsel dat je gemaakt hebt, heeft niet de iconische spiraalstructuur van de Melkweg en is ook geen platte schijf. Dragonfly 44 ziet er dus uit als een grote blob met weinig sterren.
Het oog van de Dragonfly
Dragonfly 44 is niet het enige stelsel met weinig sterren en veel donkere materie. Van Dokkum en zijn collega’s ontdekten het sterrenstelsel en zijn buren in 2014 met een verzameling van telelenzen.
‘Door de lenzen in een bepaalde vorm te zetten, waardoor ze op een insectenoog lijken, verzamelen we veel meer licht,’ zegt van Dokkum. Vanwege de gelijkenis noemden ze de opstelling Dragonfly (libel).
Toen het team zijn oog richtte op het Coma-cluster, een enorm cluster van sterrenstelsels dat op 320 miljoen lichtjaar afstand staat, detecteerde het 47 vage lichtstreepjes: sterrenstelsels die minstens zo groot moeten zijn als de Melkweg, 100.000 lichtjaar in lengte, maar die zo weinig sterren bevatten dat ze net zo zwak stralen als dwergsterrenstelsels.
Na de ontdekking van het stelsel hadden astronomen twee verklaringen het voorkomen van deze stelsels: ze worden bij elkaar gehouden door donkere materie, de nog niet gedetecteerde substantie die 85 procent van de massa van het universum beslaat, of ze zijn onstabiel en het gewelddadige Coma-cluster is ze in stukken aan het scheuren.
Veel donkere materie
De eerste verklaring paste het best bij de metingen, maar riep wel een vraag op: hoe kan het stelsel zoveel donkere materie bevatten? Om daar achter te komen, observeerden Van Dokkum en zijn collega’s Dragonfly 44 met een spectrograaf die onderdeel is van de tien meter grote Keck II-telescoop op Mauna Kea in Hawaii. Hiermee kon het team meten hoe snel de weinige sterren rondbewegen in het sterrenstelsel. Daarmee werd de massa van het stelsel bepaald. Een hoge snelheid betekent namelijk een zwaarder sterrenstelsel.
Het team vond dat de sterren een tijd neerzetten van 47 kilometer per seconde. Dit betekent dat Dragonfly 44 ongeveer een biljoen keer zwaarder is dan de zon. Met zo weinig normale materie moet 99,99 procent uit donkere materie bestaan om het geheel bij elkaar te kunnen houden. En dat is een veel hogere concentratie dan het universum als geheel heeft. Dragonfly 44 verslaat zelfs een vergelijkbaar stelsel in het Virgo-cluster dat eerder dit jaar ontdekt werd en voor ‘slechts’ 99,96 procent donkere materie bevat.
Astronomen begrijpen niet hoe het mogelijk is dat zulke donkere sterrenstelsels ontstaan. ‘Het is moeilijk om te tegen de waarnemingen in te gaan. Toch staat de conclusie van dit artikel haaks op mijn begrip over hoe sterrenstelsels vormen,’ zegt astronoom Marla Geha eveneens van de universiteit Yale, maar behorend tot een andere onderzoeksgroep. ‘Ik hoop dat deze objecten zeldzaam zijn en/of alleen vormen in speciale omstandigheden zoals een dicht sterrenstelselcluster. Anders moeten we de theorie over sterrenstelselvorming herschrijven.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: