Een ver sterrenstelsel met bijna geen donkere materie dreigt onze theorie over de vorming van sterrenstelsels te doorbreken. Nieuw bewijs suggereert dat de melkweg geen anomalie is, maar een slachtoffer van diefstal.

Donkere materie - een onzichtbare substantie die even raadselachtig is als de naam doet vermoeden - is een belangrijk ingrediënt om sterrenstelsels te helpen vormen en in leven te blijven.

Het creëert de sterke zwaartekracht die nodig is om de vorming van sterrenstelsels op gang te brengen en bestaande sterrenstelsels structureel intact te houden.

Maar astronomen staan ​​voor een raadsel sinds de ontdekking van 'NGC1052-DF4' vorig jaar, een stabiel en langlevend sterrenstelsel met bijna geen donkere materie. Hoe kan de melkweg bestaan ​​zonder dit belangrijke ingrediënt? Zijn onze theorieën over de vorming van sterrenstelsels verkeerd?

Vandaag, een internationale studie onder leiding van UNSW Sydney suggereert dat de donkere materie er was om mee te beginnen - het is net gestolen door een hebzuchtige buurman.

"De donkere materie is er niet omdat het al verwijderd is, " zegt dr. Mireia Montes, hoofdauteur van de studie en astronomisch onderzoeker bij UNSW Science en het Space Telescope Science Institute.

"We ontdekten dat de aantrekkingskracht van het nabijgelegen massieve sterrenstelsel NGC1035 zijn sterren en donkere materie verwijdert."

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift , geeft een verklaring waarom er zoveel donkere materie in de melkweg ontbreekt, zonder in tegenspraak te zijn met ons bestaande begrip van de vorming van melkwegstelsels.

"Als twee sterrenstelsels dicht bij elkaar passeren, ze lijden onder elkaars aantrekkingskracht, " zegt Dr. Montes. "Onze zeer diepe beeldvorming vond dat zwakke sterren werden weggetrokken door de grotere melkweg - een interactie die 'getijdenverstoring' wordt genoemd."

Hetzelfde fenomeen is ook op aarde te vinden:in ons geval de zwaartekracht van de maan beïnvloedt de getijden van de oceaan op aarde. Maar verstoring van het getij kan ertoe leiden dat sterrenstelsels - die niet zo solide zijn als de aarde of de maan - buigen en hun vorm verliezen.

Als de getijdenverstoringstheorie correct is, het kleinere sterrenstelsel NGC1052-DF4 zal binnenkort meer tekenen van achteruitgang gaan vertonen. Het zou uiteindelijk volledig kunnen desintegreren.

"Getijdenstrippen zou een aanzienlijk percentage donkere materie verwijderen voordat het de sterren aantast, " zegt dr. Montes.

"Als de sterren nu beginnen te worden verstoord, het grootste deel van de donkere materie is al ontsnapt."

Dr. Ignacio Trujillo, co-auteur van het artikel en onderzoeker aan het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), zegt:"Met de tijd, de melkweg zal uiteindelijk worden gekannibaliseerd door het grote systeem eromheen (NGC1035), met ten minste enkele van hun sterren vrij zwevend in de diepe ruimte".

Een krachtig vergrootglas

Dr. Montes en haar collega's gebruikten krachtige telescopen en diepe beeldvormingstechnieken - waaronder fotografie met lange belichtingstijd van maximaal 60 uur - om de vage aanwijzingen in de buitenranden van de melkweg te vinden.

Deze technieken zijn in staat om zeer zwakke sterren en sterrenstelsels te verlichten, of wat astronomen de 'lage oppervlaktehelderheid' van het heelal noemen.

"De eerste papieren toonden aan dat de melkweg een zeer 'ontspannen' symmetrische vorm heeft, wat suggereert dat er geen externe krachten waren die het verstoorden, " zegt dr. Montes.

"Maar onze diepe beelden laten zien dat dit sterrenstelsel in feite wordt beïnvloed door zijn buurstelsel - het is nog maar net gevangen in het begin van de interactie.

"Het binnenste deel van de melkweg behoudt zijn vorm, maar de buitenste, zwakkere delen zijn waar je deze 'getijdenstaarten' ziet:sterren die al zijn gescheiden van de melkweg."

De waarnemingen zijn gedaan met behulp van de IAC80 Telescope, de Gran Telescopio Canarias, en de Hubble-ruimtetelescoop - een van de grootste telescopen in de ruimte.

Omdat donkere materie een onzichtbare kracht is, het kan alleen worden waargenomen door hoe stellaire objecten - zoals sterren en sterrenstelsels - omgaan met de ruimte om hen heen.

"Ultradiepe beeldvorming is moeilijk, niet alleen vanwege de enorme hoeveelheid tijd die je nodig hebt om zulke diepten te bereiken, maar de uiterst zorgvuldige verwerking van de gegevens die nodig zijn om de zwakste structuren te behouden, " zegt de heer Raúl Infante-Sainz, doctoraat kandidaat bij IAC en tweede auteur van deze studie.

"We moesten op zoek naar kenmerken die 1000 keer zwakker zijn dan de donkerste lucht die op aarde zichtbaar is, " zegt dr. Montes.

Nieuwe galactische mysteries oplossen

Het Vera C. Rubin-observatorium, een ultramoderne optische faciliteit die momenteel in aanbouw is in Chili, zal binnenkort de mogelijkheden voor diepe beeldvorming naar een nieuw niveau tillen.

Het belangrijkste project van het observatorium is Legacy Survey for Space and Time (LSST):een tien jaar durend beeldonderzoek dat de diepste beelden ooit van de nachtelijke hemel van het zuidelijk halfrond zal opleveren.

Professor Sarah Brough, een astronoom bij UNSW Science, leidt de betrokkenheid van Australië bij dit project.

"LSST zal een revolutie teweegbrengen in de astronomie met lage oppervlaktehelderheid, het transformeren van ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels, " ze zegt.

"Het zal extreem diepe beeldgegevens leveren over de hele zuidelijke hemel, die van vitaal belang zal zijn voor het succes van toekomstige Australische astronomische onderzoeken en wetenschap."

De LSST-camera, die ongeveer zo groot zal zijn als een kleine auto, zal onderzoekers in staat stellen sterrenstelsels met een lage oppervlaktehelderheid te detecteren. Het zal ook in staat zijn om vage kenmerken rond en binnen clusters van sterrenstelsels te identificeren.

Hoewel de tienjarige enquête pas in 2023 van start gaat, wetenschappers kijken uit naar de mogelijkheden voor galactische verkenning.

"Dit werk is een voorbeeld van hoe belangrijk het is om diepe beelden te hebben om schijnbaar vreemde dingen in het heelal te begrijpen, " zegt dr. Montes.

"Diepe beeldvorming kan mysteries helpen verklaren die anders onopgelost zouden blijven."