Na zowel lof als scepsis te hebben ontvangen, het team van astronomen dat NGC 1052-DF2 ontdekte - het allereerste bekende sterrenstelsel dat weinig tot geen donkere materie bevat - is terug met sterker bewijs over zijn bizarre aard.

Donkere materie is een mysterieus, onzichtbare substantie die typisch de samenstelling van sterrenstelsels domineert; het vinden van een object dat donkere materie mist is ongekend, en kwam als een complete verrassing.

"Als er één voorwerp is, je hebt altijd een klein stemmetje in je achterhoofd dat zegt:'maar wat als je het mis hebt?' Ook al hebben we alle controles gedaan die we konden bedenken, we waren bang dat de natuur ons in de war had gebracht en had samengespannen om iets er heel speciaal uit te laten zien, terwijl het in werkelijkheid iets alledaags was, " aldus teamleider Pieter van Dokkum, Sol Goldman Family Professor in astronomie aan de Yale University.

Nutsvoorzieningen, het team van van Dokkum heeft er geen, maar twee, nieuwe studies die hun eerste waarnemingen ondersteunen, wat aantoont dat donkere materie in feite te scheiden is van sterrenstelsels.

Teamleden zijn onder meer Roberto Abraham, Hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Toronto, Aaron Romanowsky, Universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde aan de San Jose State University, Charlie Conroy, Hoogleraar astronomie aan de Harvard University, en Shany Danieli, een afgestudeerde student aan de Yale University.

"Het feit dat we iets zien dat gewoon helemaal nieuw is, is wat zo fascinerend is, " zei Daniëlle, die de melkweg ongeveer twee jaar geleden voor het eerst zag. "Niemand wist dat zulke sterrenstelsels bestonden, en het beste van de wereld voor een student astronomie is om een ​​object te ontdekken, of het een planeet is, een ster, of een melkweg, waar niemand van wist of zelfs maar aan dacht."

In de eerste studie, het team bevestigde hun eerste waarnemingen van NGC 1052-DF2, of DF2 in het kort, waaruit blijkt dat donkere materie praktisch afwezig is in de melkweg. Met behulp van de Keck Cosmic Web Imager (KCWI) van W. M. Keck Observatory, ze verzamelden nauwkeurigere metingen en ontdekten dat de bolvormige clusters in de melkweg inderdaad bewegen met een snelheid die consistent is met de massa van de normale materie van de melkweg. Als er donkere materie zou zijn in DF2, de clusters zouden veel sneller bewegen.

"KCWI is uniek door de combinatie van het grote onderzoeksgebied, " zei hoofdauteur Danieli. "Het instrument stelt ons niet alleen in staat om de hele melkweg in één keer te zien, zijn hoge spectrale resolutie stelt ons ook in staat om de massa nauwkeurig te meten. Er is geen ander instrument ter wereld dat deze twee eigenschappen heeft!"

In de tweede studie het team gebruikte Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) om een ​​ander sterrenstelsel te vinden zonder donkere materie, genaamd NGC 1052-DF4, of kortweg DF4.

"Het ontdekken van een tweede sterrenstelsel met heel weinig tot geen donkere materie is net zo opwindend als de eerste ontdekking van DF2, zei van Dokkum, wie is de hoofdauteur van het DF4-papier. "Dit betekent dat de kans om meer van deze sterrenstelsels te vinden nu groter is dan we eerder dachten. Omdat we geen goede ideeën hebben over hoe deze sterrenstelsels zijn ontstaan, Ik hoop dat deze ontdekkingen meer wetenschappers zullen aanmoedigen om aan deze puzzel te werken."

De resultaten van het team worden gepubliceerd in The Astrofysische journaalbrieven ; de eerste studie verschijnt in het nummer van vandaag, terwijl de tweede studie in het nummer van 20 maart verschijnt.

zoals DF2, DF4 behoort tot een relatief nieuwe klasse van sterrenstelsels die ultradiffuse sterrenstelsels (UDG's) worden genoemd. Ze zijn zo groot als de Melkweg, maar hebben 100 tot 1000 keer minder sterren, waardoor ze er pluizig en doorschijnend uitzien, daarom moeilijk te observeren.

Ironisch, het ontbreken van donkere materie in deze UDG's versterkt de theorie van donkere materie. Het bewijst dat donkere materie een stof is die niet gekoppeld is aan 'normale' materie, aangezien beide afzonderlijk te vinden zijn. De ontdekking van deze sterrenstelsels is moeilijk te verklaren in theorieën die de wetten van de zwaartekracht op grote schaal veranderen als alternatief voor de donkere-materiehypothese.

Deze schokkende ontdekking kreeg enige kritiek toen het team in maart 2018 voor het eerst hun resultaten bekendmaakte.

"Het was soms een beetje stressvol, " zei van Dokkum. "Aan de ene kant, dit is hoe het wetenschappelijke proces zou moeten werken; je ziet iets interessants, andere mensen zijn het er niet mee eens, je verkrijgt nieuwe gegevens, en uiteindelijk leer je meer over het universum. Anderzijds, hoewel de meeste kritieken constructief en beleefd waren, ze waren niet allemaal. Elke keer dat er een nieuwe kritiek uitkwam, moesten we klauteren en uitzoeken of we iets hadden gemist."

Van Dokkum zegt trots te zijn op zijn team dat het op die moeilijke momenten samen optrekt. Hun harde werk heeft zijn vruchten afgeworpen, waarbij het universum meewerkt en meer reden geeft om naar andere UDG's zoals DF2 en DF4 te zoeken.

Danieli leidt een groot gebiedsonderzoek met de Dragonfly Telephoto Array (DTA) om op een systematische manier naar meer voorbeelden te zoeken, observeer vervolgens kandidaten opnieuw met behulp van de Keck-telescopen.

"We hopen er vervolgens achter te komen hoe vaak deze sterrenstelsels voorkomen en of ze in andere delen van het universum voorkomen, " zei Danieli. "We willen meer bewijs vinden dat ons zal helpen begrijpen hoe de eigenschappen van deze sterrenstelsels werken met onze huidige theorieën. We hopen dat dit ons een stap verder zal brengen in het begrijpen van een van de grootste mysteries in ons universum:de aard van donkere materie."