Donkere materie blijft astronomen verwarren, zoals NASA's Chandra X-ray Observatory aantoonde met de detectie van een uitgebreide envelop van donkere materie rond een geïsoleerd elliptisch stelsel. Deze ontdekking is in strijd met optische gegevens die duiden op een tekort aan donkere materie rond vergelijkbare sterrenstelsels, en roept vragen op over hoe sterrenstelsels dergelijke halo's voor donkere materie verwerven en behouden.
Het waargenomen sterrenstelsel, bekend als NGC 4555, is ongebruikelijk omdat het een vrij groot elliptisch sterrenstelsel is dat geen deel uitmaakt van een groep of cluster van sterrenstelsels. Ewan O'Sullivan van het Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics in Cambridge, MA en Trevor Ponman van de University of Birmingham, Verenigd Koninkrijk, in een paper dat wordt gepubliceerd in het nummer van de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society van 1 november 2004. , gebruik de Chandra-gegevens om te laten zien dat de melkweg is ingebed in een wolk van 10 miljoen graden Celsius gas.
Deze hete gaswolk heeft een diameter van ongeveer 400.000 lichtjaar, ongeveer het dubbele van die van de zichtbare melkweg. Er is een enorme omhulling of halo van donkere materie nodig om de hete wolk tot de melkweg te beperken. De totale massa van de halo voor donkere materie is ongeveer tien keer de gecombineerde massa van de sterren in de melkweg en 300 keer de massa van de hete gaswolk.
Een groeiend aantal bewijzen wijst erop dat donkere materie - die alleen door middel van zwaartekracht met zichzelf en 'normale' materie in wisselwerking staat - de dominante vorm van materie in het universum is. Volgens de populaire theorie van 'koude donkere materie' bestaat donkere materie uit mysterieuze deeltjes die zijn achtergebleven uit het dichte vroege universum en die langzaam bewogen toen sterrenstelsels en sterrenstelselclusters zich begonnen te vormen.
"De waargenomen eigenschappen van NGC 4555 bevestigen dat elliptische sterrenstelsels eigen halo's voor donkere materie kunnen hebben, ongeacht hun omgeving", zei O'Sullivan. "Dit roept een belangrijke vraag op: wat bepaalt of elliptische sterrenstelsels halo's van donkere materie hebben?"
De meeste grote elliptische sterrenstelsels zijn te vinden in groepen en clusters van sterrenstelsels en zijn waarschijnlijk het product van de samenvoeging van twee spiraalstelsels. In een dergelijke omgeving kunnen de halo's van donkere materie worden verwijderd door de zwaartekracht en worden toegevoegd aan andere sterrenstelsels of de groep als geheel. Daarom is het moeilijk vast te stellen hoeveel donkere materie de oorspronkelijke sterrenstelsels hadden en hoeveel ze door interacties met hun omgeving aan de groep als geheel hebben verloren.
Het belang van de kwestie van de intrinsieke hoeveelheid donkere materie geassocieerd met een elliptisch sterrenstelsel is onlangs toegenomen dankzij een rapport van een internationaal team van astronomen onder leiding van Aaron Romanowsky van de Universiteit van Nottingham, Verenigd Koninkrijk. Dit team vond weinig of geen aanwijzingen voor donkere materie in drie relatief nabije elliptische sterrenstelsels. Twee hiervan bevonden zich in losse melkweggroepen en één was geïsoleerd. Hun resultaat, gebaseerd op optische gegevens van de 4,2 meter lange William Herschel-telescoop op het Spaanse eiland La Palma, is duidelijk in strijd met de röntgengegevens op NGC 4555. De optische techniek die wordt gebruikt om donkere materie te zoeken in de nabijgelegen elliptische sterrenstelsels kon niet worden toegepast op NGC 4555 omdat het meer dan driemaal zo ver van de aarde verwijderd is.
Ofwel zijn de sterrenstelsels waargenomen door Romanowsky en collega's hun halo's voor donkere materie verloren door eerdere interacties met andere sterrenstelsels, of hun halo's voor donkere materie zijn veel uitgebreider, of ze zijn gevormd zonder halo's voor donkere materie. De eerste optie is mogelijk voor de sterrenstelsels in groepen, maar zeer onwaarschijnlijk voor het geïsoleerde sterrenstelsel. De tweede en derde optie zijn nog open, maar vereisen een wijziging - misschien een belangrijke wijziging - van de theorie van de koude donkere materie van de vorming van sterrenstelsels.
"Dit is duidelijk een vraag die nader moet worden overwogen", zei O'Sullivan. "Het lijkt waarschijnlijk dat er veel meer theoretisch en observationeel werk aan elliptische sterrenstelsels nodig zal zijn voordat dit probleem kan worden opgelost."
Chandra observeerde NGC 4555 met zijn Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) in februari 2003. NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor NASA's Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman van Redondo Beach, Californië, voorheen TRW, Inc., was de belangrijkste aannemer voor de ontwikkeling van het observatorium. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtoperaties vanuit het Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Aanvullende informatie en afbeeldingen zijn beschikbaar op:
http://chandra.harvard.edu
en
http://chandra.nasa.gov
Oorspronkelijke bron: Chandra News Release
