Een onderzoek naar de zwaartekrachtvervorming van dwergstelsels lijkt een theorie van gewijzigde zwaartekracht te ondersteunen in plaats van het bestaan van donkere materie – de laatste is een sleutelcomponent van het standaardmodel van de kosmologie.
Donkere materie is een hypothetische substantie waarvan wordt aangenomen dat deze ongeveer 85% van de materie in het universum omvat. De zwaartekrachtsinvloed ervan verhindert dat grote objecten, zoals sterrenstelsels, uit elkaar vliegen terwijl ze roteren. Bewijs voor donkere materie kan ook worden gevonden in de kosmische microgolfachtergrondstraling – straling die kort na de oerknal ontstond. Ondanks de overvloed aan indirect bewijs voor donkere materie zijn er echter nooit donkere materiedeeltjes gedetecteerd. Als gevolg hiervan bestaan er andere theorieën om het gedrag van sterrenstelsels te verklaren, inclusief theorieën die de wet van de zwaartekracht wijzigen.
Er wordt gedacht dat donkere materie samenklontert in halo’s: grote gebieden van donkere materie die bij elkaar worden gehouden door de zwaartekracht. Er wordt aangenomen dat halo's een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling en evolutie van sterrenstelsels zoals de Melkweg, die zelf omgeven lijkt te zijn door een halo van donkere materie.
Kwetsbaar voor vervorming
In dit laatste onderzoek hebben Elena Asencio van de Universiteit van Bonn en collega's gezocht naar bewijs van halo's van donkere materie rond dwergstelsels. Dit zijn de kleinste en meest voorkomende soorten sterrenstelsels en zijn te vinden in clusters of omliggende grotere sterrenstelsels zoals de Melkweg. Vanwege hun lagere massa zijn dwergstelsels bijzonder kwetsbaar voor vervorming door de zwaartekracht die wordt uitgeoefend binnen een cluster of door een nabijgelegen groter sterrenstelsel. Deze vervormingen zouden echter worden verminderd als de dwergstelsels zouden worden gehuld in halo's van donkere materie.
Om dit idee te onderzoeken onderzochten Asencio en collega’s telescoopbeelden van de Fornax Cluster, die rijk is aan dwergstelsels. De beelden zijn gemaakt met de Very Large Telescope van de European Southern Observatory. De astronomen probeerden vervolgens de waarnemingen te reproduceren met behulp van computersimulaties gebaseerd op het standaardmodel van de kosmologie, dat ook donkere materie omvat.
Verrassend genoeg was deze aanpak niet succesvol. De berekeningen van het team suggereren dat onder het Standaardmodel de Fornax-dwergen door de zwaartekracht uit elkaar zouden worden gescheurd.
MOND-hypothese
Omdat ze graag wilden ontdekken wat de sterrenstelsels bij elkaar hield, deed het team meer simulaties – deze keer zonder donkere materie, en in plaats daarvan met behulp van de Modified Newtonian Dynamics (MOND)-hypothese. MOND, voor het eerst ontwikkeld door de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom in de jaren tachtig, dicteert dat de zwaartekracht sterker wordt in het regime van lage versnelling. Deze wijziging reproduceert de rotatiewaarnemingen van sterrenstelsels, maar keert terug naar de wet van Newton in omgevingen met hoge versnellingen, zoals het zonnestelsel.
Onderzoek naar rotatie van sterrenstelsels sluit gemodificeerde zwaartekracht uit, of toch niet?
In tegenstelling tot donkere materie kon MOND de Fornax-waarnemingen reproduceren, waardoor er nieuwe twijfel ontstond over het bestaan van donkere materie. Dit is inderdaad niet de eerste studie die suggereert dat de dynamiek en evolutie van sommige sterrenstelsels niet kan worden verklaard door een beroep te doen op donkere materie – en het aantal van dergelijke waarnemingen groeit. MOND en andere theorieën die de zwaartekracht wijzigen hebben echter hun eigen theoretische en observationele tekortkomingen – dus het is waarschijnlijk te vroeg om een standaardmodel op te geven waarin donkere materie is verwerkt.
Het onderzoek is beschreven in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical.
