Waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop en de Europese Very Large Telescope (VLT) wijzen erop dat er iets ontbreekt aan de bestaande theorieën over het gedrag van donkere materie.
Dit ontbrekende ingrediënt zou kunnen verklaren waarom astronomen een onverwacht discrepantie hebben ontdekt tussen waarnemingen van concentraties van donkere materie in een aantal massarijke clusters van sterrenstelsels en theoretische computersimulaties die aangeven hoe de donkere materie in zulke clusters verdeeld zou moeten zijn.
De nieuwe bevindingen suggereren dat sommige kleine concentraties van donkere materie ‘lenseffecten’ veroorzaken die tien keer zo sterk zijn als verwacht (Science).
Donkere materie is de onzichtbare ‘lijm’ die sterren, stof en gas in sterrenstelsels bij elkaar houdt.
Sterrenstelsels bestaan voor het overgrote deel uit deze mysterieuze substantie.
Maar omdat donkere materie geen licht uitzendt, absorbeert of weerkaatst, kan het bestaan ervan alleen worden afgeleid uit de zwaartekrachtsaantrekking die zij op zichtbare materie in de ruimte uitoefent.
Clusters, de meest massarijke structuren in het heelal, zijn de grootste opslagplaatsen van donkere materie.
Ze bestaan uit grote aantallen sterrenstelsels die vooral dankzij de aantrekkingskracht van donkere materie bijeen worden gehouden.
De verdeling van de donkere materie in clusters wordt in kaart gebracht door te meten hoe zij licht afbuigen – het zogeheten zwaartekrachtlenseffect.
De zwaartekracht van concentraties van donkere materie in een cluster versterkt en vervormt het licht van verre achtergrondobjecten.
Vaak zijn op opnamen van zo’n cluster zelfs meerdere afbeeldingen van hetzelfde achtergrondstelsel te zien.
Hoe sterker de materie in een cluster geconcentreerd is, des te opvallender is het licht-afbuigende effect.
De aanwezigheid van kleinschaligere ‘klonten’ van donkere materie die verbonden zijn met afzonderlijke clusterstelsels versterkt dat effect.
Je kunt een cluster daardoor beschouwen als een grote (zwaartekracht)lens waarin talrijkere kleinere lenzen ingebed zitten.
Een team van astronomen, onder wie Gabriel Bartosch Caminha van de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nu voor drie clusters de verdeling van donkere materie nauwkeurig in kaart gebracht.
Daarbij is gebruik gemaakt van scherpe Hubble-opnamen en spectrale gegevens van de VLT.
Daarbij ontdekten de wetenschappers tot hun verrassing niet alleen de gebruike kromgetrokken beelden van verre achtergrondstelsels, zoals die door het zwaartekrachtlenseffect van de clusters worden veroorzaakt.
In het hart van elke cluster, waar zich de meeste sterrenstelsels bevinden, waren ook onverwacht veel kleinere boogjes en vervormde beelden te zien.
Vermoed wordt dat deze worden veroorzaakt door sterke concentraties van materie binnen de afzonderlijke clusterstelsels.
De nieuwe kaarten van de verdeling van de donkere materie in de clusters zijn vervolgens vergeleken met de uitkomsten van computersimulaties van clusters met vergelijkbare massa’s op vergelijkbare afstanden.
Daarbij werd vastgesteld dat deze simulaties lang niet zoveel kleinschalige massaconcentraties vertonen.
Volgens de onderzoekers wijst deze discrepantie erop dat dat er in de simulaties een ingrediënt ontbreekt.
Een andere mogelijkheid is dat de bestaande inzichten omtrent de aard van de donkere materie geheel of gedeeltelijk onjuist zijn. (EE)
(Image Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
