Volgens het standaardmodel van de kosmologie is de overgrote meerderheid van sterrenstelsels omgeven door een halo van donkere materiedeeltjes. Deze halo is onzichtbaar, maar zijn massa oefent een sterke aantrekkingskracht uit op sterrenstelsels in de buurt. Een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Bonn (Duitsland) en de Universiteit van Saint Andrews (Schotland) daagt deze kijk op het heelal uit. De resultaten suggereren dat de dwergstelsels van de op een na dichtstbijzijnde cluster van sterrenstelsels op aarde - bekend als de Fornax-cluster - vrij zijn van dergelijke halo's van donkere materie. De studie verscheen in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Dwergstelsels zijn kleine, zwakke sterrenstelsels die meestal te vinden zijn in clusters van sterrenstelsels of in de buurt van grotere sterrenstelsels. Hierdoor kunnen ze worden beïnvloed door de zwaartekrachtseffecten van hun grotere metgezellen. "We introduceren een innovatieve manier om het standaardmodel te testen op basis van hoeveel dwergstelsels worden verstoord door zwaartekracht, getijden van nabijgelegen grotere sterrenstelsels", zegt Elena Asencio, een Ph.D. student aan de Universiteit van Bonn en de hoofdauteur van het verhaal. Getijden ontstaan ​​wanneer de zwaartekracht van het ene lichaam verschillend aan verschillende delen van een ander lichaam trekt. Deze zijn vergelijkbaar met getijden op aarde, die ontstaan ​​omdat de maan sterker trekt aan de kant van de aarde die naar de maan is gericht.

De Fornax Cluster heeft een rijke populatie van dwergstelsels. Recente waarnemingen tonen aan dat sommige van deze dwergen vervormd lijken, alsof ze verstoord zijn door de clusteromgeving. "Dergelijke verstoringen in de Fornax-dwergen worden niet verwacht volgens het standaardmodel", zegt Pavel Kroupa, professor aan de Universiteit van Bonn en de Charles University in Praag. "Dit komt omdat, volgens het standaardmodel, de halo's van donkere materie van deze dwergen hen gedeeltelijk moeten beschermen tegen getijden die door het cluster worden opgewekt."

De auteurs analyseerden het verwachte niveau van verstoring van de dwergen, dat afhangt van hun interne eigenschappen en hun afstand tot het zwaartekracht-krachtige clustercentrum. Sterrenstelsels met grote afmetingen maar lage stellaire massa's en sterrenstelsels dicht bij het centrum van de cluster worden gemakkelijker verstoord of vernietigd. Ze vergeleken de resultaten met de waargenomen mate van verstoring die blijkt uit foto's genomen door de VLT Survey Telescope van de European Southern Observatory.

Elena Asencio zegt dat "de vergelijking aantoonde dat, als men de waarnemingen in het standaardmodel wil verklaren. De Fornax-dwergen zouden al door de zwaartekracht van het clustercentrum moeten worden vernietigd, zelfs wanneer de getijden die het op een dwerg opwerpt vierenzestig keer zwakker zijn dan de eigen zwaartekracht van de dwerg." Dit is niet alleen contra-intuïtief, zei ze, het is ook in tegenspraak met eerdere studies, waaruit bleek dat de externe kracht die nodig is om een ​​dwergstelsel te verstoren ongeveer hetzelfde is als de zelfzwaartekracht van de dwerg.

In tegenstelling tot het standaardmodel

Hieruit concludeerden de auteurs dat het in het standaardmodel niet mogelijk is om de waargenomen morfologieën van de Fornax-dwergen op een zelfconsistente manier te verklaren. Ze herhaalden de analyse met behulp van Milgromian dynamics (MOND). In plaats van halo's van donkere materie rond sterrenstelsels aan te nemen, stelt de MOND-theorie een correctie voor op de Newtoniaanse dynamiek, waardoor de zwaartekracht een boost krijgt in het regime van lage versnellingen.

"We waren er niet zeker van of de dwergstelsels in staat zouden zijn om de extreme omgeving van een cluster van sterrenstelsels in MOND te overleven, vanwege de afwezigheid van beschermende halo's van donkere materie in dit model", zegt Dr. Indranil Banik van de Universiteit van St. Andrews. "Maar onze resultaten laten een opmerkelijke overeenkomst zien tussen waarnemingen en de MOND-verwachtingen voor het niveau van verstoring van de Fornax-dwergen."

"Het is opwindend om te zien dat de gegevens die we met de VLT-surveytelescoop hebben verkregen, een grondige test van kosmologische modellen mogelijk maakten", aldus Aku Venhola van de Universiteit van Oulu (Finland) en Steffen Mieske van de European Southern Observatory, co-auteurs van de studie.

Dit is niet de eerste keer dat een studie die het effect van donkere materie op de dynamiek en evolutie van sterrenstelsels testte, concludeerde dat waarnemingen beter verklaard kunnen worden als ze niet omringd zijn door donkere materie. "Het aantal publicaties dat onverenigbaarheden laat zien tussen waarnemingen en het paradigma van donkere materie blijft elk jaar toenemen. Het is tijd om meer middelen te investeren in meer veelbelovende theorieën", zegt Pavel Kroupa, lid van de transdisciplinaire onderzoeksgebieden modellering en materie aan de universiteit van Bonn.

Dr. Hongsheng Zhao van de Universiteit van St. Andrews voegde toe dat hun "resultaten grote implicaties hebben voor de fundamentele fysica. We verwachten meer gestoorde dwergen te vinden in andere clusters, een voorspelling die andere teams zouden moeten verifiëren." + Verder verkennen

Nieuwe draai aan melkwegrotatie redt controversiële zwaartekrachttheorie