Nieuwe waarnemingen wijzen erop dat een galactisch fossiel in onze kosmische achtertuin meer donkere materie bevat dan tot nog toe gedacht. Dit suggereert dat de eerste sterrenstelsels in het universum mogelijk een andere samenstelling hadden dan astronomen vermoedden.

In de omgeving van onze Melkweg bevinden zich enkele tientallen dwergstelsels die met recht galactische ‘fossielen’ genoemd mogen worden. Uit waarnemingen blijkt dat hun sterren maar zeer weinig elementen zwaarder dan helium bevatten. Dat duidt erop dat ze in een vroege fase van het heelal zijn ontstaan, toen sterren nog maar weinig tijd hadden gehad om middels kernfusie zwaardere elementen te creëren. Nadien zijn er vrijwel geen nieuwe sterren meer ontstaan in deze dwergstelsels. Hierdoor geven ze een indruk van hoe de allereerste sterrenstelsels eruitzagen.

Een fietshelm voor elke fietser?
LEES OOK
Een fietshelm voor elke fietser?

Eén van deze fossielen is Tucana II, dat op zo’n 163.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Toekan staat. Van alle bekende sterrenstelsels heeft dit stelseltje zelfs de meest ‘primitieve’ sterrenpopulatie. Voor een groep astronomen van het Massachusetts Institute of Technologie (MIT) in de VS was dit de en aanleiding om Tucana II aan een nader onderzoek te onderwerpen.

Verre sterren

Tot nog toe zagen astronomen slechts een handvol individuele sterren rond het centrum van de dwerg. Het team hoopte het stelseltje beter te begrijpen door nog meer sterren te ontwaren. Dat laatste is echter nog niet zo simpel: Tucana II zendt maar zeer weinig licht uit, wat het waarnemen bemoeilijkt. Dankzij gedetailleerde waarnemingen met de SkyMapper-telescoop in Australië wisten de onderzoekers toch negen nieuwe sterren in het dwergstelsel te vinden.

Deze sterren bleken nog primitiever dan de al bekende sterren, wat Tucana II steviger in de zetel van stelsel met de oudst bekende sterrenpopulatie plaatst. De onderzoekers vermoeden dat het dwergstelsel het resultaat is van de botsing van twee nóg kleinere stelsels in het vroege heelal, waarbij het ene stelsel primitiever was dan het andere.

Toch sprong een andere eigenschap van de ontdekte sterren nog meer in het oog: de verre afstand tot centrum van het stelsel. Volgens de vooronderstelde massa van Tucana II zou zijn aantrekkingskracht te zwak zijn om sterren op deze afstand aan zich te binden.

Meer donkere materie

Uit de bewegingen van de sterren blijkt echter dat ze ‘gewoon’ onderdeel zijn van het dwergstelsel. ‘Deze verre sterren bewegen gelijk met de binnenste sterren, als badwater dat in de afvoer stroomt’, zegt onderzoekster Anna Frebel in een persverklaring. Hieruit concluderen de astronomen dat het dwergstelsel een stuk zwaarder is dan eerder aangenomen.

Dit suggereert dat de ‘halo’ van donkere materie van Tucana II omvangrijker moet zijn dan gedacht. Donkere materie is een hypothetische soort van massa die geen interactie heeft met licht en alleen waargenomen kan worden dankzij zijn zwaartekrachtseffecten. Vrijwel alle sterrenstelsels lijken een wolk van dit mysterieuze spul te bezitten die hun sterren bij elkaar houdt.

In deze afbeelding zijn zes van de negen nieuwe stelsels te zien. De andere drie bevinden zich net buiten het blikveld. Bron: Y. Beletsky/Carnegie Observatories
Tucana II werd in 2015 samen met acht andere dwergstelsels ontdekt. Op deze afbeelding zien we de locatie van het stelsel aan de hemel, samen met de twee Magelhaense wolken en vijf van deze andere stelsels. Bron: Y. Beletsky/Carnegie Observatories

De onderzoekers berekenden dat de halo van Tucana II drie tot vijf keer meer donkere materie moet bevatten dan voorspeld. ‘Dit betekent waarschijnlijk ook dat de eerste sterrenstelsels in veel grotere donkere materiehalo’s vormden dan eerder werd gedacht’, zegt Frebel. ‘We dachten dat de eerste sterrenstelsels de meest nietige, sullige stelsels waren. Maar misschien waren ze toch niet zo klein.’

Sterrenstroom

Volgens astronoom Reynier Peletier van de Rijksuniversiteit Groningen, niet betrokken bij het onderzoek, is deze conclusie echter iets te voorbarig. ‘De onderzoekers nemen aan dat Tucana II geïsoleerd is, dat de sterren de tijd hebben gekregen om hun snelheden aan elkaar aan te passen. Maar deze aanname is wat mij betreft niet bewezen. Gezien het gebied waar Tucana II zich bevindt zou het hier net zo goed om een sterrenstroom kunnen gaan.’ In dat geval beïnvloed een naburig stelsel de beweging van de sterren. Dit maakt het een stuk lastiger om de massa van de halo te schatten aan de hand van de snelheden van de sterren. Volgens Peletier kan de hoeveelheid donkere materie in het stelsel daardoor een stuk hoger of lager uitvallen dan de onderzoekers stellen.

Opsteker

Om uitsluitsel te geven over de omvang van de donkere materiehalo’s rond dit soort stelsels, zullen volgens Peletier rond meer dwergstelsels zulke verre, primitieve sterren gevonden moeten worden. ‘In bepaalde gevallen kan de beweging dan nog altijd verklaard worden door een stroom, maar in de meeste stelsels niet.’ Het onderzoeksteam heeft in elk geval goede hoop dat dit gaat gebeuren. Frebel: ‘Waarschijnlijk zijn er meer van dit soort systemen – misschien wel alle lichtzwakke dwergstelsels – waarin zulke sterren in de buitengebieden fonkelen.’

Special Raadsels uit het heelal
LEESTIP: Deze special bevat de mooiste New Scientist-artikelen over de kosmos. Bekijk in onze webshop!