Donkere materie is mysterieus, omdat we het niet echt kunnen 'zien'. Maar dat weerhoudt wetenschappers er niet van het te onderzoeken en erover te theoretiseren. Een theorie zegt dat er filamentstructuren moeten zijn van donkere materie die sterrenstelsels met elkaar verbinden. Wetenschappers van de Universiteit van Waterloo hebben nu voor het eerst een van die donkere materiefilamenten in beeld gebracht.
De twee wetenschappers, Seth D. Epps en Michael J. Hudson, presenteren hun resultaten in een paper op de Monthly Notices of the Royal Astronomy Society.
Theorie voorspelt dat filamenten van donkere materie sterrenstelsels met elkaar verbinden, door van de donkere materie-halo van een sterrenstelsel naar dezelfde halo in een ander sterrenstelsel te reiken. Andere onderzoekers hebben filamenten van donkere materie gevonden die hele clusters van melkwegstelsels met elkaar verbinden, maar dit is de eerste keer dat filamenten worden afgebeeld tussen individuele sterrenstelsels.
"Dit beeld brengt ons voorbij voorspellingen naar iets dat we kunnen zien en meten." - Mike Hudson, University of Waterloo
"Al tientallen jaren voorspellen onderzoekers het bestaan van filamenten van donkere materie tussen sterrenstelsels die werken als een webachtige bovenbouw die sterrenstelsels met elkaar verbindt", zegt Mike Hudson, professor in de astronomie aan de Universiteit van Waterloo. "Dit beeld brengt ons voorbij voorspellingen naar iets dat we kunnen zien en meten."
Donkere materie vormt ongeveer 25% van het heelal. Maar het schijnt, reflecteert of interageert op geen enkele manier met licht, dus het is moeilijk om te studeren. De enige manier waarop we het echt kunnen bestuderen, is door de zwaartekracht te observeren. In deze studie gebruikte het paar astronomen de zwakke zwaartekrachtlenstechniek.
Zwakke zwaartekrachtlenzen zijn afhankelijk van het effect dat massa op licht heeft. Voldoende geconcentreerde massa op de voorgrond - in dit geval donkere materie - zal het licht van verre bronnen op de achtergrond vervormen.
Als je te maken hebt met zoiets groots als een super-massief zwart gat, is de zwaartekrachtlens behoorlijk uitgesproken. Maar filamenten van melkweg naar melkweg van donkere materie zijn veel minder dicht dan een zwart gat, dus hun individuele effect is minimaal. Wat de astronomen nodig hadden, waren de gecombineerde gegevens van meerdere melkwegparen om de zwakke zwaartekrachtlensing te detecteren.
De sleutel tot deze studie is de Canada-Frankrijk-Hawaii-telescoop. Het voerde een meerjarig hemelonderzoek uit dat de basis legde voor dit onderzoek. De onderzoekers combineerden lensbeelden van meer dan 23.000 paar sterrenstelsels op 4,5 miljard lichtjaar afstand. Het resulterende composietbeeld onthulde de filamentbrug tussen de twee sterrenstelsels.
"Door deze techniek te gebruiken, kunnen we niet alleen zien dat deze filamenten van donkere materie in het universum bestaan, we kunnen ook zien in hoeverre deze filamenten sterrenstelsels met elkaar verbinden." - Seth D. Epps, Universiteit van Waterloo
We weten nog steeds niet wat donkere materie is, maar het feit dat wetenschappers deze filamenten konden voorspellen en ze vervolgens daadwerkelijk konden vinden, laat zien dat we vooruitgang boeken door deze te begrijpen.
We weten al een tijdje van de grootschalige structuur van het heelal en we weten dat donkere materie er een groot deel van uitmaakt. Sterrenstelsels hebben de neiging om samen te clusteren, onder invloed van de zwaartekracht van donkere materie. Het vinden van een brug over donkere materie tussen sterrenstelsels is een intrigerende ontdekking. Het haalt in ieder geval een beetje van het mysterie uit donkere materie.
