Sterrenstelsels zonder donkere materie zijn mogelijk ontstaan na grote botsing

In 2018 en 2019 maakte een team onder leiding van de Nederlandse astronoom Pieter van Dokkum (Yale Universiteit) de ontdekking bekend van twee diffuse sterrenstelsels – DF2 en DF4 genaamd – die weinig of geen donkere materie bleken te bevatten. De bekendmaking leidde tot verhitte discussies, omdat astronomen ervan overtuigd zijn dat donkere materie een cruciaal ingrediënt is voor de vorming van sterrenstelsels.

Uitgewoed zijn de discussies nog zeker niet. Maar wat tot nu toe een beetje onderbelicht is gebleven, is hoezeer DF2 en DF4 op elkaar lijken. Ze zijn ongeveer even groot, even helder en hebben dezelfde vorm. Ook bevatten beide een vreemde populatie van zeer heldere bolvormige sterrenhopen. Daarbij komt nog dat ze zich in de nabijheid bevinden van het heldere elliptische sterrenstelsel NGC 1052.

In hun meest recente Nature-publicatie suggereren Van Dokkum en zijn medewerkers dat DF2 en DF4 niet alleen als twee druppels water op elkaar lijken, maar ook bij een en dezelfde gebeurtenis zijn ontstaan. Gek is die gedachte niet: vorig jaar hebben Koreaanse onderzoekers door middel van computersimulaties al laten zien dat bij een botsing tussen sterrenstelsels inderdaad vreemde ‘eenden’ als DF2 en DF4 kunnen ontstaan.

Botsing

Daarop voortbordurend hebben Van Dokkum en zijn team, aan de hand van de huidige snelheden en posities van de twee sterrenstelsels, gereconstrueerd waar en wanneer hun paden zich kunnen hebben gekruist. Daarbij zijn ze tot een scenario gekomen waarbij een klein satellietstelsel van NGC 1052 ongeveer 8 miljard jaar geleden in botsing is gekomen met een passerend sterrenstelsel.

Bij deze botsing zou de donkere materie uit de sterrenstelsels zijn ontsnapt, en werd het uit normale materie bestaande gas in de stelsels afgeremd. Dat gas reeg zich vervolgens aaneen tot een snoer van klonters die onder invloed van hun eigen zwaartekracht ineenstortten en nieuwe sterrenstelsels vormden – exclusief de verloren gegane donkere materie.

Volgens dit scenario zouden zich tussen DF2 en DF4 nog meer sterrenstelsels zonder donkere materie kunnen ophouden. En aan de uiteinden van het hypothetische snoer zouden zich dan mogelijk sterrenstelsels bevinden die juist een overdaad aan donkere materie bevatten.

Ter verificatie heeft het team de catalogus van sterrenstelsels rond NGC 1052 doorzocht en daarbij naast DF2 en DF4 nog negen sterrenstelsels gevonden. Twee daarvan, RCP 32 en DF7, zouden inderdaad restanten van de oorspronkelijke botsing kunnen zijn.

Nader onderzoek zal moeten uitwijzen of het intrigerende snoer van sterrenstelsels bij NGC 1052 inderdaad een gemeenschappelijke oorsprong heeft. Van Dokkum en collega’s zijn van plan om vervolgwaarnemingen te doen met de Europese Very Large Telescope in Chili en de Hubble-ruimtetelescoop. Zo kunnen ze de snelheden en afstanden van de stelsels meten en ook nagaan of ze, net als DF2 en DF4, allemaal heldere bolvormige sterrenhopen bevatten. Ook hoopt het team de kans te krijgen om – met de nieuwe Webb-ruimtetelescoop – de massa’s van RCP 32 en DF7 te bepalen.

Beeld: Hubble-opname van het ‘doorzichtige’ sterrenstelsel NGC 1052-DF2, dat bijna geen donkere materie lijkt te bevatten. (NASA, ESA, STScI, Zili Shen (Yale), Pieter van Dokkum (Yale), Shany Danieli (IAS)/Alyssa Pagan (STScI))