De meest nauwkeurige afstandsmeting tot nu toe van ultradiffuus sterrenstelsel (UDG) NGC1052-DF2 (DF2) bevestigt zonder enige twijfel dat het aan donkere materie ontbreekt. De nieuw gemeten afstand van 22,1 +/- 1,2 megaparsecs werd verkregen door een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Zili Shen en Pieter van Dokkum van Yale University en Shany Danieli, een NASA Hubble Fellow bij het Institute for Advanced Study.

"Het bepalen van een nauwkeurige afstand tot DF2 was van cruciaal belang bij het ondersteunen van onze eerdere resultaten, " verklaarde Danieli. "De nieuwe meting die in deze studie wordt gerapporteerd, heeft cruciale implicaties voor het schatten van de fysieke eigenschappen van de melkweg, daarmee het ontbreken van donkere materie bevestigen."

De resultaten, gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven op 9 juni 2021, zijn gebaseerd op 40 banen van NASA's Hubble Space Telescope, met beeldvorming door de Advanced Camera for Surveys en een 'tip of the red giant branch' (TRGB) analyse, de gouden standaard voor dergelijke verfijnde metingen. in 2019, het team publiceerde resultaten met het meten van de afstand tot naburige UDG NGC1052-DF4 (DF4) op basis van 12 Hubble-banen en TRGB-analyse, die overtuigend bewijs leverden van ontbrekende donkere materie. Deze voorkeursmethode is een aanvulling op de onderzoeken van het team uit 2018 die gebaseerd waren op "fluctuaties van de oppervlaktehelderheid" om de afstand te meten. Beide sterrenstelsels werden ontdekt met de Dragonfly Telephoto Array in het observatorium New Mexico Skies.

"We gingen erop uit met onze eerste Hubble-waarnemingen van dit sterrenstelsel in 2018, Van Dokkum zei. "Ik denk dat mensen gelijk hadden om het in twijfel te trekken, omdat het zo'n ongebruikelijk resultaat is. Het zou fijn zijn als er een simpele uitleg was, als een verkeerde afstand. Maar ik denk dat het leuker en interessanter is als het echt een raar sterrenstelsel is."

Naast het bevestigen van eerdere afstandsbevindingen, de Hubble-resultaten gaven aan dat de sterrenstelsels iets verder weg waren dan eerder werd gedacht, wat de bewering versterkt dat ze weinig tot geen donkere materie bevatten. Als DF2 dichter bij de aarde zou zijn, zoals sommige astronomen beweren, het zou intrinsiek zwakker en minder massief zijn, en de melkweg zou donkere materie nodig hebben om de waargenomen effecten van de totale massa te verklaren.

Donkere materie wordt algemeen beschouwd als een essentieel ingrediënt van sterrenstelsels, maar deze studie levert verder bewijs dat zijn aanwezigheid misschien niet onvermijdelijk is. Hoewel donkere materie nog niet direct kan worden waargenomen, zijn gravitatie-invloed is als een lijm die sterrenstelsels bij elkaar houdt en de beweging van zichtbare materie regelt. In het geval van DF2 en DF4, onderzoekers waren in staat om de beweging van sterren te verklaren op basis van de stellaire massa alleen, suggereert een gebrek of afwezigheid van donkere materie. Ironisch, de detectie van sterrenstelsels met een tekort aan donkere materie zal waarschijnlijk helpen om de raadselachtige aard ervan te onthullen en nieuwe inzichten te verschaffen in galactische evolutie.

Hoewel DF2 en DF4 beide qua grootte vergelijkbaar zijn met het Melkwegstelsel, hun totale massa is slechts ongeveer één procent van de massa van de Melkweg. Deze ultradiffuse sterrenstelsels bleken ook een grote populatie van bijzonder lichtgevende bolhopen te hebben.

Dit onderzoek heeft veel wetenschappelijke belangstelling gewekt, evenals een energiek debat tussen voorstanders van alternatieve theorieën voor donkere materie, zoals gemodificeerde newtoniaanse dynamiek (MOND). Echter, met de meest recente bevindingen van het team - inclusief de relatieve afstanden van de twee UDG's tot NGC1052 - lijken dergelijke alternatieve theorieën minder waarschijnlijk. Aanvullend, er is nu weinig onzekerheid in de afstandsmetingen van het team gezien het gebruik van de TRGB-methode. Op basis van fundamentele fysica, deze methode is afhankelijk van de waarneming van rode reuzensterren die een flits uitzenden nadat ze door hun heliumvoorraad zijn verbrand, wat altijd met dezelfde helderheid gebeurt.

"Er is een gezegde dat buitengewone beweringen buitengewoon bewijs vereisen, en de nieuwe afstandsmeting ondersteunt sterk onze eerdere bevinding dat DF2 donkere materie mist, " verklaarde Shen. "Nu is het tijd om verder te gaan dan het afstandsdebat en ons te concentreren op hoe dergelijke sterrenstelsels zijn ontstaan."

Vooruit gaan, onderzoekers zullen blijven jagen op meer van deze vreemde sterrenstelsels, terwijl we een aantal vragen overwegen, zoals:Hoe worden UDG's gevormd? Wat vertellen ze ons over standaard kosmologische modellen? Hoe vaak komen deze sterrenstelsels voor, en welke andere unieke eigenschappen hebben ze? Er zullen nog veel meer sterrenstelsels zonder donkere materie moeten worden blootgelegd om deze mysteries op te lossen en de ultieme vraag te beantwoorden wat donkere materie werkelijk is.