Ruimtetelescoop Hubble heeft een opmerkelijk beeld vastgelegd: twee aangrenzende sterrenstelsels die elkaars exacte kopie zijn. Ze blijken het resultaat van een zeldzame optische illusie, veroorzaakt door een rimpeling in de ruimtetijd. Het biedt astronomen een uniek inkijkje in de eigenschappen van donkere materie.
Dat de twee stelsels zoveel op elkaar lijken, is geen toeval: het zijn beide weergaven van één en hetzelfde sterrenstelsel. Dit stelsel, dat zo’n 11 miljard lichtjaar van ons is verwijderd, ligt vanuit ons oogpunt precies achter een groot cluster van sterrenstelsels, dat zelf op 7 miljard lichtjaar afstand staat. Hierdoor treedt dit cluster op als een zogeheten zwaartekrachtslens.
Nu zien astronomen regelmatig clusters die fungeren als lens. Door hun enorme massa krommen zij de ruimtetijd, waardoor licht van achterliggende objecten wordt afgebogen. De vervorming van afbeeldingen van verre sterrenstelsels die dit oplevert, zorgt vaak voor fraaie plaatjes.
Gaan we buitenaards leven ontdekken op ijsmanen?
De ruimtevaartorganisaties NASA en ESA spenderen momenteel miljarden aan missies naar de ijsmanen rond de planeten Jupiter en Saturnus.
Toch is deze galactische ‘tweeling’ een redelijk uniek geval. De massaverdeling binnen het cluster zorgt namelijk voor een rimpeling in de ruimtetijd: een ‘lijn’ waarlangs licht het sterkst afgebogen wordt. ‘Vergelijk het met het golvende oppervlak van een zwembad op een zonnige dag’, vertelt onderzoeksleider Richard Griffith van de Universiteit van Hawaï in een persbericht. ‘De ‘rimpelingen’ in het water gedragen zich als gedeeltelijke lenzen en concentreren het zonlicht in heldere, kronkelende lijnen op de bodem.’
Kleine kans
Wanneer een object zich ten opzichte van de waarnemer exact achter deze rimpeling bevindt, dan werkt deze als een soort fata morgana – een luchtspiegeling waarbij je een voorwerp vaak dubbel ziet. Het resultaat: twee gespiegelde afbeeldingen van het object, samen met een derde afbeelding iets verderop.
Dit is precies wat er in dit geval te zien is. Een zeldzaamheid, zegt astronoom Henk Hoekstra van de Universiteit Leiden, niet betrokken bij het onderzoek. ‘Net als een lens in een telescoop, zorgt deze rimpeling voor een enorme vergroting. Dat betekent dat het maar een heel klein stukje van het heelal achter zich toont. De kans dat zich daar – zoals hier – net een helder sterrenstelsel bevindt, is niet zo groot.’
Donkere materie
Er zijn dan ook pas weinig van dit soort gespiegelde stelsels waargenomen. Dat terwijl ze waardevolle informatie over de eigenschappen van donkere materie kunnen onthullen. Namelijk: wanneer de donkere materie redelijk ‘gladjes’ over het cluster verdeeld is, dan zullen de twee ‘spiegelbeelden’ vrijwel identiek aan elkaar zijn. Als dit mysterieuze goedje echter meer voorkomt in klonters, dan zal licht op verschillende plekken ietsje anders afbuigen, wat kleine afwijkingen tussen de twee afbeeldingen oplevert.
Een kosmische variant van ‘zoek de verschillen’ wijst nu op het eerste scenario. Volgens de onderzoekers zijn de twee gespiegelde afbeeldingen namelijk redelijk goed over elkaar te leggen. De donkere materie moet daarom glad zijn, concluderen ze. Een belangrijk resultaat, zegt Griffith, want de mate waarin het spul klontert kan een aanwijzing geven over zijn bestanddelen. ‘Hoe kleiner de klonters donkere materie, hoe zwaarder de deeltjes moeten zijn.’
Voorproefje
Hoekstra is daar echter nog niet van overtuigd. ‘Om echt iets te kunnen zeggen over de ‘klonterigheid’, zijn robuustere metingen nodig. Overigens is dit stelsel wel heel geschikt voor deze onderzoeksmethode, dus met betere waarnemingen kom je al een heel eind.’
Al is het vooral wachten op de ontdekking van meer van dit soort systemen, vervolgt hij. ‘In dit geval ontdekte men de gespiegelde afbeeldingen per toeval; de waarnemingen waren eigenlijk bedoeld om quasars te onderzoeken. In de toekomst gaan telescopen zoals Euclid echter vele zwaartekrachtslenzen waarnemen. Hoewel zeldzaam, zullen daar alsnog tientallen tot honderden vergelijkbare gevallen tussen zitten. Daarmee kun je pas echt harde conclusies trekken over de eigenschappen van donkere materie. Wat dat betreft gaat het hier dus nog maar om een voorproefje.’
