Nieuwe waarnemingen geven aan dat enorme, stervormende sterrenstelsels tijdens het hoogtepunt van de vorming van sterrenstelsels, 10 miljard jaar geleden, werden gedomineerd door baryonische of 'normale' materie. Dit staat in schril contrast met de huidige sterrenstelsels, waar de effecten van mysterieuze donkere materie veel groter lijken te zijn. Dit verrassende resultaat werd verkregen met behulp van ESO's Very Large Telescope en suggereert dat donkere materie in het vroege heelal minder invloed had dan nu het geval is.

We zien normale materie als helder schijnende sterren, gloeiend gas en stofwolken. Maar de meer ongrijpbare donkere materie straalt niet uit, licht absorberen of reflecteren en kan alleen worden waargenomen via de zwaartekracht. De aanwezigheid van donkere materie kan verklaren waarom de buitenste delen van nabije spiraalstelsels sneller roteren dan zou worden verwacht als alleen de normale materie die we direct kunnen zien aanwezig zou zijn.

Nutsvoorzieningen, een internationaal team van astronomen onder leiding van Reinhard Genzel van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching, Duitsland heeft de KMOS- en SINFONI-instrumenten van ESO's Very Large Telescope in Chili gebruikt om de rotatie van zes massieve, stervormende sterrenstelsels in het verre heelal, op het hoogtepunt van de vorming van sterrenstelsels 10 miljard jaar geleden.

Wat ze vonden was intrigerend:in tegenstelling tot spiraalstelsels in het moderne heelal, de buitenste regio's van deze verre sterrenstelsels lijken langzamer te draaien dan regio's dichter bij de kern - wat erop wijst dat er minder donkere materie aanwezig is dan verwacht.

"Verrassend genoeg, de rotatiesnelheden zijn niet constant, maar verder weg in de sterrenstelsels afnemen, " zegt Reinhard Genzel, hoofdauteur van de Natuur papier. "Hier zijn waarschijnlijk twee oorzaken voor. Ten eerste, de meeste van deze vroege massieve sterrenstelsels worden sterk gedomineerd door normale materie, waarbij donkere materie een veel kleinere rol speelt dan in het Lokale Universum. Ten tweede, deze vroege schijven waren veel turbulenter dan de spiraalstelsels die we in onze kosmische omgeving zien."

Beide effecten lijken duidelijker te worden naarmate astronomen steeds verder terug in de tijd kijken, in het vroege heelal. Dit suggereert dat 3 tot 4 miljard jaar na de oerknal, het gas in sterrenstelsels was al efficiënt gecondenseerd tot plat, roterende schijven, terwijl de halo's van donkere materie om hen heen veel groter en meer verspreid waren. Blijkbaar duurde het ook miljarden jaren langer voordat donkere materie condenseerde, dus het dominante effect is alleen te zien op de rotatiesnelheden van sterrenstelsels vandaag

Deze verklaring komt overeen met waarnemingen die aantonen dat vroege sterrenstelsels veel gasrijker en compacter waren dan de huidige sterrenstelsels.

De zes sterrenstelsels die in deze studie in kaart zijn gebracht, behoorden tot een grotere steekproef van honderd verre, stervormende schijven afgebeeld met de KMOS- en SINFONI-instrumenten van ESO's Very Large Telescope van de Paranal-sterrenwacht in Chili. Naast de individuele melkwegmetingen die hierboven zijn beschreven, een gemiddelde rotatiecurve werd gecreëerd door de zwakkere signalen van de andere sterrenstelsels te combineren. Deze samengestelde curve vertoonde ook dezelfde afnemende snelheidstrend weg van de centra van de sterrenstelsels. In aanvulling, twee verdere studies van 240 stervormende schijven ondersteunen deze bevindingen ook.

Gedetailleerde modellering laat zien dat terwijl normale materie gemiddeld ongeveer de helft van de totale massa van alle sterrenstelsels uitmaakt, het domineert volledig de dynamiek van sterrenstelsels bij de hoogste roodverschuiving.

Dit onderzoek werd gepresenteerd in een paper getiteld "Sterk door baryon gedomineerde schijfstelsels op het hoogtepunt van de vorming van sterrenstelsels tien miljard jaar geleden", door R. Genzel et al., om in het journaal te verschijnen Natuur .