Wat is donkere materie? Dwergsterrenstelsels geven nieuw inzicht
Het werd honderd jaar geleden voor het eerst gemeten en nog steeds weten we niet wat het is: donkere materie. Door te kijken naar sterren in dwergsterrenstelsels probeert promovendus Bas Zoutendijk nieuw inzicht te krijgen in deze raadselachtige substantie.
Het merendeel van de materie in het universum is donkere materie. Het is niet te zien, omdat het geen licht uitzendt. Het heeft wel massa, waarmee het zwaartekracht uitoefent op lichtgevende materie. Dat is hoe Zoutendijk donkere materie kan meten. ‘Ik kijk naar de bewegingen van sterren, en als ik zie dat die sneller bewegen, weet ik dat er harder aan getrokken wordt. Dat moet door donkere materie komen.’
Exploderende sterren
Zoutendijk keek voor zijn promotieonderzoek naar de snelheid van sterren in kleine sterrenstelsels, zogenoemde ultralichtzwakke dwergsterrenstelsels. Deze bevatten in vergelijking met grote sterrenstelsels relatief veel donkere materie. ‘Daardoor heb je een puurdere meting van de zwaartekracht die donkere materie op een ster uitoefent. Er is minder kans op verstoring van de meting door supernova’s (exploderende sterren, red.).’
Onderzoek naar de snelheden van sterren in ultralichtzwakke dwergsterrenstelsels is pas sinds kort mogelijk door een verbeterde manier van meten. ‘Het is voor het eerst dat er metingen zijn gedaan in het centrum van ultralichtzwakke dwergsterrenstelsels’, vertelt de promovendus. ‘Juist in het centrum zitten de meeste sterren, en kun je verschillen meten waarmee je theorieën over donkere materie kunt bevestigen of ontkrachten.’
Koude donkere materie
Om de eigenschappen van donkere materie te verklaren, zijn er verschillende theorieën. Een daarvan is de koude donkere materie. Zoutendijk: ‘Koude donkere materie voorspelt dat er een sterke toename is in de dichtheid van donkere materie als je van de buitenkant naar het centrum gaat in een sterrenstelsel. Twee andere theorieën voorspellen dat die toename minder sterk kan zijn.’
Eerder onderzoek in grotere dwergsterrenstelsels liet weinig toename van donkere materie in het centrum zien. Zoutendijk kon nu als een van de eersten dit onderzoek herhalen in ultralichtzwakke dwergsterrenstelsels. Hij vond juist relatief veel donkere materie in het centrum. ‘Dat is consistent met de standaardtheorie over donkere materie, namelijk koude donkere materie. De conclusie uit mijn onderzoek is dat het meten van weinig donkere materie in het centrum van grote dwergsterrenstelsels door iets anders wordt veroorzaakt. Het meest waarschijnlijk is dat er andere effecten plaatsvinden die samenhangen met dat er meer sterren, en dus ook meer supernova’s zijn.’ Die supernova’s zorgen dus voor ruis in de metingen, zo concludeert Zoutendijk.
Tekst: Tom Janssen
Bannerafbeelding: ESA
Afbeelding in tekst: Bas Zoutendijk