Voor de eerste keer, onderzoekers van de universiteiten van Bonn en Straatsburg hebben de vorming van sterrenstelsels in een heelal zonder donkere materie gesimuleerd. Om dit proces op de computer te repliceren, ze hebben in plaats daarvan de zwaartekrachtwetten van Newton gewijzigd. De sterrenstelsels die in de computerberekeningen zijn gemaakt, zijn vergelijkbaar met de sterrenstelsels die we tegenwoordig zien. Volgens de wetenschappers hun aannames zouden veel mysteries van de moderne kosmologie kunnen oplossen. De resultaten worden gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

Kosmologen gaan er tegenwoordig van uit dat de materie na de oerknal niet helemaal gelijkmatig is verdeeld. De dichtere plaatsen trokken meer materie uit hun omgeving aan vanwege hun sterkere zwaartekracht. In de loop van enkele miljarden jaren, deze ophopingen van gas vormden uiteindelijk de sterrenstelsels die we vandaag zien.

Een belangrijk ingrediënt van deze theorie is de zogenaamde donkere materie. Aan de ene kant, het zou verantwoordelijk zijn voor de aanvankelijke ongelijke verdeling die leidde tot de agglomeratie van de gaswolken. Het verklaart ook enkele raadselachtige observaties. Bijvoorbeeld, sterren in roterende sterrenstelsels bewegen vaak zo snel dat ze eigenlijk zouden moeten worden uitgeworpen. Het lijkt erop dat er een extra zwaartekrachtbron in de sterrenstelsels is die dit verhindert - een soort "sterplamuur" die niet met telescopen te zien is:donkere materie.

Echter, er is nog steeds geen direct bewijs van zijn bestaan. "Misschien gedragen de zwaartekrachten zich gewoon anders dan eerder werd gedacht, " legt Prof. Dr. Pavel Kroupa van het Helmholtz Instituut voor Straling en Nucleaire Fysica van de Universiteit van Bonn en het Astronomisch Instituut van de Charles Universiteit in Praag uit. Deze theorie draagt ​​de afkorting MOND (MOdified Newtonian Dynamics); het werd ontdekt door de Israëlische natuurkundige prof. dr. Mordehai Milgrom Volgens de theorie, de aantrekkingskracht tussen twee massa's gehoorzaamt slechts tot op zekere hoogte aan de wetten van Newton. Bij zeer lage versnellingen, zoals het geval is in sterrenstelsels, het wordt aanzienlijk sterker. Dit is de reden waarom sterrenstelsels niet uit elkaar vallen als gevolg van hun rotatiesnelheid.

Resultaten dicht bij de realiteit

"In samenwerking met Dr. Benoit Famaey in Straatsburg, we hebben nu voor het eerst gesimuleerd of sterrenstelsels zich zouden vormen in een MOND-universum en zo ja, welke, ", zegt Kroupa's promovendus Nils Wittenburg. Hiervoor gebruikte hij een computerprogramma voor complexe zwaartekrachtberekeningen dat in de groep van Kroupa was ontwikkeld. Want met MOND, de aantrekkingskracht van een lichaam hangt niet alleen af ​​van zijn eigen massa, maar ook of er andere objecten in de buurt zijn.

De wetenschappers gebruikten deze software vervolgens om de vorming van sterren en sterrenstelsels te simuleren, beginnend bij een gaswolk enkele honderdduizenden jaren na de oerknal. "In veel opzichten onze resultaten komen opmerkelijk dicht in de buurt van wat we werkelijk waarnemen met telescopen, " legt Kroupa uit. de verspreiding en snelheid van de sterren in de door de computer gegenereerde sterrenstelsels volgen hetzelfde patroon als aan de nachtelijke hemel. "Verder, onze simulatie resulteerde meestal in de vorming van roterende schijfsterrenstelsels zoals de Melkweg en bijna alle andere grote sterrenstelsels die we kennen, " zegt de wetenschapper. "Donkere materie simulaties, anderzijds, creëren voornamelijk sterrenstelsels zonder afzonderlijke materieschijven - een discrepantie met de waarnemingen die moeilijk uit te leggen is."

Berekeningen op basis van het bestaan ​​van donkere materie zijn ook erg gevoelig voor veranderingen in bepaalde parameters, zoals de frequentie van supernova's en hun effect op de verdeling van materie in sterrenstelsels. In de MOND-simulatie, echter, deze factoren speelden nauwelijks een rol.

Maar de recent gepubliceerde resultaten uit Bonn, Praag en Straatsburg komen niet op alle punten overeen met de werkelijkheid. "Onze simulatie is slechts een eerste stap, " benadrukt Kroupa. Zo de wetenschappers hebben tot nu toe alleen heel eenvoudige veronderstellingen gemaakt over de oorspronkelijke verdeling van de materie en de omstandigheden in het jonge heelal. "We moeten nu de berekeningen herhalen en complexere beïnvloedende factoren meenemen. Dan zullen we zien of de MOND-theorie de werkelijkheid daadwerkelijk verklaart."