Het lijkt erop dat donkere materie zich al heel lang aan sterrenstelsels hecht. De meeste sterrenstelsels die 10 miljard jaar geleden bestonden, hadden ongeveer evenveel donkere materie als sterrenstelsels tegenwoordig, in tegenspraak met eerdere studies die suggereerden dat er minder donkere materie op de loer lag rond sterrenstelsels in het vroege heelal.
"Donkere materie was in het verre verleden op dezelfde manier overvloedig aanwezig in stervormende sterrenstelsels als nu,"zei Alfred Tiley, een astronoom aan de Durham University in Engeland en hoofdauteur van de nieuwe studie. Het onderzoek is onlangs ingediend bij het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en op 16 november gepubliceerd in het voorgedrukte tijdschrift arXiv." Het is geen complete verrassing, maar in werkelijkheid wisten we niet of de waarnemingsrealiteit zou aansluiten bij de verwachtingen van de theorie. "
Donkere materie maakt ongeveer 85 procent uit van de totale massa in ons bekende universum, maar de mysterieuze substantie heeft geen interactie met licht, waardoor wetenschappers in het duister blijven over de precieze aard ervan. Dus in plaats van ernaar te kijken, moeten astronomen vertrouwen op de zwaartekracht van donkere materie op de normale materie, baryonische materie genaamd, die de sterren, nevels en planeten vormt die we aan de nachtelijke hemel zien, evenals alle bomen, rotsen en mensen op aarde.
Donkere materie klontert in halo's rond sterrenstelsels; astronomen ontdekten dit door te meten hoe snel sterrenstelsels draaien. Volgens de zwaartekrachtswet van Newton zouden sterren aan de rand van een sterrenstelsel veel langzamer moeten draaien dan die in het centrum. Maar in de jaren zestig vonden astronomen snelle sterren in de voorsteden aan de rand van de Melkweg die hintten naar extra materie die zich buiten de galactische banen van die sterren verstopte.
Studies hebben sindsdien duizenden rotatiesnelheden in het hele universum gemeten, wat de aanwezigheid van deze halo's voor donkere materie bevestigt.
In de nieuwe studie gebruikten onderzoekers gegevens uit twee onderzoeken van 1.500 stervormende sterrenstelsels om rotatiesnelheden te berekenen voor sterrenstelsels die 10 miljard jaar teruggaan. Het nauwkeurig meten van galactische rotatie ver in het kosmische verleden is moeilijk, omdat deze oude sterrenstelsels ongelooflijk ver weg en zwak zijn. Dus schatten de wetenschappers een gemiddelde door de sterrenstelsels op afstand te klonteren en vervolgens hun licht te combineren.
"Onze schatting van de hoeveelheid donkere materie in sterrenstelsels is een gemiddelde voor de hele bevolking in elk tijdperk", vertelde Tiley aan WordsSideKick.com. 'De hoeveelheid donkere materie in individuele sterrenstelsels kan aanzienlijk variëren.'
Rekening houdend met massa en dichtheid van sterrenstelsels, vonden de onderzoekers bijna equivalente hoeveelheden donkere materie voor sterrenstelsels die lang geleden in ons kosmische verleden bestonden, evenals voor sterrenstelsels in ons lokale universum.
Maar niet iedereen is er volledig van overtuigd. De bevindingen zijn in tegenspraak met eerdere studies waaruit bleek dat sterrenstelsels in het vroege heelal minder donkere materie bevatten dan jongere sterrenstelsels. Die studies keken naar veel zwaardere individuele sterrenstelsels en gebruikten een ander model om de hoeveelheid donkere materie af te leiden.
"gebruikt slechts een van de vier onafhankelijke benaderingen die we hadden gebruikt om tot onze conclusie te komen", vertelde Reinhard Genzel, hoofdauteur van een van de eerdere studies en astronoom aan het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching, Duitsland, aan WordsSideKick.com.
Tiley ontdekte dat de resultaten van zijn team sterk afhankelijk waren van het model dat ze gebruikten. Uiteindelijk koos hij ervoor om een model te gebruiken dat volgens hem en zijn collega's representatiever was voor de stelsels met een lage massa die volgens wetenschappers in het begin van de tijd overheersten.
Computersimulaties suggereren dat sterrenstelsels met een zeer hoge massa, zoals die van Genzel, zeldzaam zijn in het verre heelal. "Het lijkt erop dat de resultaten van toepassing zijn op zeer massieve sterrenstelsels in dit verre tijdperk, maar zijn mogelijk niet representatief voor sterrenstelsels met relatief lagere sterrenmassa's, zoals die we in ons werk hebben bestudeerd," vertelde Tiley aan WordsSideKick.com.
De nieuwe resultaten komen overeen met wat verwacht zou worden van het gangbare 'lambda cold dark'-materiemodel dat ons universum beschrijft. Dit model legt uit hoe het universum is opgebouwd en waarom het zich steeds sneller uitbreidt.
