Een nieuwe studie van de Spitzer-ruimtetelescoop van NASA suggereert dat sterrenstelsels zich vormen in bosjes donkere materie. Uit deze nieuwe Spitzer-enquête bleek dat de hoeveelheid donkere materie rond verre sterrenstelsels verrassend consistent is.
Begin met heel veel donkere materie en roer dan gas in. Laat het mengsel een tijdje rusten en er zou een melkwegstelsel uit het beslag moeten opstijgen.
Dit eenvoudige recept voor het bakken van sterrenstelsels kan niet thuis worden uitgevoerd, maar het weerspiegelt wel wat astronomen leren over de vorming van sterrenstelsels. Net als brood bakken met gist, is een mysterieuze substantie in het universum genaamd donkere materie nodig om een melkwegstelsel te laten groeien.
Nu verfijnt een nieuwe studie van NASA's Spitzer-ruimtetelescoop wat bekend is over dit essentiële ingrediënt van sterrenstelsels. Het suggereert dat niet alleen donkere materie nodig is, maar dat er een minimale hoeveelheid materiaal aanwezig moet zijn voordat een sterrenstelsel kan ontstaan. Minder zou geen melkwegstelsel betekenen - het kosmische equivalent van een mislukt brood.
"Melkwegstelsels worden geboren in enorme klonten donkere materie", zegt Dr. Duncan Farrah van Cornell University, Ithaca, N.Y. "We merken dat deze klonten opmerkelijk consistent lijken qua grootte van melkwegstelsel tot melkwegstelsel." Farrah is de hoofdauteur van een paper die deze en andere bevindingen beschrijft in een recent nummer van Astrophysical Journal Letters.
Zoals de naam al doet vermoeden, zendt donkere materie geen licht uit, dus kan geen enkele conventionele telescoop het zien. Zogenaamde normale materie, waaronder planten en mensen en allerlei soorten ruimtevoorwerpen, geeft elektromagnetische straling of licht af. Er is ongeveer vijf keer meer donkere materie in het universum dan normale materie.
Maar donkere materie heeft wel massa, wat betekent dat het zwaartekrachtsleepboten kan uitoefenen op normale materie.
"Donkere materie heeft zwaartekracht, dus trekt het naast" normaal "gas steeds meer donkere materie aan," zei co-auteur Dr. Jason Surace van NASA's Spitzer Science Center aan het California Institute of Technology in Pasadena. "We weten dat het gas uiteindelijk condenseert in de sterren waaruit sterrenstelsels bestaan, maar de Spitzer-studie suggereert dat dit pas gebeurt als de donkere materie een kritische massa heeft bereikt."
Farrah en zijn collega's gebruikten gegevens van het Spitzer Wide-area Infrared Extragalactic-onderzoek om honderden verre objecten, ultralumineuze infraroodstelsels genoemd, die miljarden lichtjaren verwijderd waren, te bestuderen. Deze jonge sterrenstelsels zijn ongelooflijk helder en gevuld met veel stoffige stervormingsactiviteiten.
Aanvankelijk wilden de onderzoekers beter begrijpen hoe de jonge sterrenstelsels en donkere materie evolueren en samenkomen in de gigantische clusters van volwassen sterrenstelsels die ons huidige universum domineren. 'Je zou kunnen denken dat sterrenstelsels gewoon willekeurig over de lucht worden verspreid, alsof je een handvol zand op de grond gooit', zei Farrah. 'Maar dat is niet zo, en de reden kan zijn dat de donkere materie rond jonge sterrenstelsels elkaar als lijm aantrekt.'
Door te bepalen hoe strak de ultraluminische infraroodstelsels samen begonnen te bundelen, konden Farrah en zijn collega's indirect meten hoeveel donkere materie "lijm" aanwezig was. Hoe hechter de groep, hoe donkerder de materie. Ze hebben deze berekening gemaakt voor twee batches sterrenstelsels op verschillende afstanden van de aarde.
Toen merkten ze iets vreemds op. Voor elk sterrenstelsel dat ze bestudeerden, hoe ver ze ook verwijderd waren, leken er omringende donkere materie-klonters te zijn van ongeveer dezelfde grootte, het equivalent van 10 biljoen zonsmassa's. Omdat de astronomen geen sterrenstelsels hebben gevonden in combinatie met minder dan 10 biljoen zonsmassa's van donkere materie, geloven ze dat deze hoeveelheid het minimum moet zijn dat nodig is voor de vorming van een ultralumineus infraroodstelsel.
'Deze klonten van donkere materie kunnen als zaden zijn die deze verre sterrenstelsels voortbrengen', zei Surace. "Soortgelijke sterrenstelsels in ons nabije universum vormen op een heel andere manier, dus wat we leren is van toepassing op een ander tijdperk in ons universum, ver terug in de kosmische tijd."
Of andere soorten sterrenstelsels ook op vergelijkbare manieren kunnen ontstaan, is een voortdurende vraag in de astronomie. Eerdere studies naar zeer energetische sterrenstelsels, quasars genoemd, hebben gesuggereerd dat die objecten ook een minimale massa donkere materie nodig hebben om te groeien. Alleen in dat geval was het startende deeg van de sterrenstelsels niet zo dicht, ongeveer vier tot vijf biljoen zonsmassa's.
Het lijkt erop dat astronomen wat langer zullen moeten wachten voordat het universum zijn best bewaarde familierecepten opgeeft.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
