Het standaardmodel van de kosmologie suggereert dat de meeste sterrenstelsels omgeven zijn door een halo van donkere materiedeeltjes. Deze halo van donkere materie is echter onzichtbaar, maar de massa ervan oefent een sterke zwaartekracht uit op sterrenstelsels in de buurt.
Een nieuwe studie door de Universiteit van Bonn (Duitsland) en de Universiteit van Saint Andrews (Schotland) betwist deze visie op het heelal. De resultaten suggereren dat de dwergstelsels van de op een na dichtstbijzijnde cluster van sterrenstelsels van de aarde – bekend als de Fornax Cluster – vrij zijn van zulke halo’s van donkere materie.
Vooral wetenschappers hebben een innovatieve manier geïntroduceerd om het standaardmodel te testen op basis van hoeveel dwergstelsels worden verstoord door zwaartekrachtgetijden van nabijgelegen grotere sterrenstelsels.
Elena Asencio, een Ph.D. student aan de Universiteit van Bonn en de hoofdauteur van het verhaal, zei: “Getijden ontstaan wanneer de zwaartekracht van het ene lichaam verschillend aan verschillende delen van een ander lichaam trekt. Deze zijn vergelijkbaar met de getijden op aarde, die ontstaan doordat de maan sterker trekt aan de kant van de aarde die naar de maan is gericht.”
Pavel Kroupa, professor aan de Universiteit van Bonn en de Charles Universiteit in Praag, zei: “De Fornax Cluster heeft een rijke populatie dwergstelsels. Recente waarnemingen laten zien dat sommige van deze dwergen er vervormd uitzien, alsof de clusteromgeving hen heeft verstoord.”
“Dergelijke verstoringen bij de Fornax-dwergen worden volgens het standaardmodel niet verwacht. Dit komt omdat, volgens de standaardmodel donkere materie halo’s van deze dwergen zouden hen gedeeltelijk moeten beschermen tegen de getijden die door de cluster worden veroorzaakt.”
Op basis van interne kenmerken en de afstand tot het door de zwaartekracht sterke clustercentrum berekenden de auteurs het verwachte verstoringsniveau van de dwergen. Grote sterrenstelsels met een lage stellaire massa en sterrenstelsels rond de clusterkern zijn gevoeliger voor verstoring of vernietiging. Ze vergeleken de uitkomsten met de mate van verstoring die ze hadden opgemerkt in beelden verzameld door de VLT Survey Telescope van de European Southern Observatory.
Elena Asencio zegt: “Uit de vergelijking bleek dat als je de waarnemingen in het standaardmodel wilt verklaren. De Fornax-dwergen zouden al vernietigd moeten zijn door de zwaartekracht vanuit het centrum van de cluster, zelfs als de getijden die ze op een dwerg veroorzaken vierenzestig keer zwakker zijn dan de eigen zwaartekracht van de dwerg.’
“Dit is niet alleen contra-intuïtief, maar het is ook in tegenspraak met eerdere studies, waaruit bleek dat de externe kracht die nodig is om een dwergstelsel te verstoren ongeveer hetzelfde is als de zelfzwaartekracht van de dwerg.”
Op basis hiervan concludeerden wetenschappers dat het onmogelijk is om de waargenomen morfologieën van de Fornax-dwergen op een zelfconsistente manier binnen het standaardmodel te verklaren.
Ze herhaalden de analyse met behulp van de Milgromiaanse dynamiek (MOND). In plaats van aan te nemen dat er halo's van donkere materie rond sterrenstelsels aanwezig zijn, stelt de MOND-theorie een correctie voor op de Newtoniaanse dynamiek, waarbij de zwaartekracht een impuls ervaart in het regime van lage versnellingen.
Dr. Indranil Banik van de Universiteit van St. Andrews zei: “We waren er niet zeker van dat de dwergstelsels de extreme omgeving van een cluster van sterrenstelsels in MOND zouden kunnen overleven, vanwege de afwezigheid van beschermende halo’s van donkere materie in dit model. Maar onze resultaten laten een opmerkelijke overeenkomst zien tussen waarnemingen en de MOND-verwachtingen voor de mate van verstoring van de Fornax-dwergen.”
Aku Venhola van de Universiteit van Oulu (Finland) en Steffen Mieske van de European Southern Observatory zeiden: “Het is opwindend om te zien dat de gegevens die we met de VLT-surveytelescoop hebben verkregen een dergelijke grondige test van kosmologische modellen mogelijk maakten.”
Pavel Kroupa, lid van de transdisciplinaire onderzoeksgebieden, modellering en materie aan de Universiteit van Bonn, zei: “Dit is niet de eerste keer dat een onderzoek het effect van donkere materie op de dynamiek test evolutie van sterrenstelsels concludeerden dat waarnemingen beter verklaard kunnen worden als ze niet omgeven zijn door donkere materie. Het aantal publicaties dat onverenigbaarheden tussen waarnemingen en het donkere-materie-paradigma aantoont, blijft elk jaar toenemen. Het is tijd om meer middelen te gaan investeren in veelbelovende theorieën.”
Dr. Hongsheng Zhao van de Universiteit van St. Andrews dat toegevoegd hun “De resultaten hebben grote implicaties voor de fundamentele natuurkunde. We verwachten meer verstoorde dwergen in andere clusters te vinden, een voorspelling die andere teams zouden moeten verifiëren.”
Journal Reference:
- Elena Asencio, Indranil Banik et al. De verspreiding en morfologie van de dwergstelsels van de Fornax Cluster suggereren dat ze geen donkere materie hebben. Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society, Jaargang 515, uitgave 2, september 2022. DOI: 10.1093/mnras/stac1765
