Kijk naar de sterren

UGC 2885 (Rubin’s Galaxy) en donkere materie

Dit is een foto gemaakt door de Hubble Ruimtetelescoop. Om te begrijpen wat we hier zien moeten we bedenken dat we via deze foto een reis door de ruimte maken: er zijn objecten die dichtbij zijn en andere die ver weg liggen (bekijk dit filmpje). Tussen die twee groepen ligt een bijna lege ruimte. De heldere, stekelige sterren liggen dichtbij en liggen ruim binnen ons eigen Melkwegstelsel in de richting van het sterrenbeeld Perseus. Verder scherp in beeld is het sterrenstelsel UGC 2885. Dit is een gigantisch spiraalstelsel op de enorme afstand van ongeveer 232 miljoen lichtjaar. Het heeft een doorsnede van zo’n 800.000 lichtjaar, wat 2,5 keer breder is dan ons Melkwegstelsel. Het aantal sterren wordt geschat op tien keer zoveel sterren als in de Melkweg. Dit sterrenstelsel heeft een rustig leven geleid door niet in botsing te komen met andere grote sterrenstelsels. UGC 2885 heeft geleidelijk waterstof uit zijn omgeving opgeslurpt en zo gedurende vele miljarden jaren in een langzaam en gestaag tempo nieuwe sterren gemaakt en zijn vorm gekregen.

Wat maakt UGC 2885 interessant?

UGC 2885 is bijzonder omdat het zich redelijk geïsoleerd in de ruimte bevindt. Er dreigen geen nabije sterrenstelsels op te botsen en de spiraalvormige schijf te verstoren. Het is nog niet duidelijk of het sterrenstelsel tijdens zijn leven kleinere satellietstelsels heeft gekannibaliseerd of langzaam het gas heeft opgehoopt dat nodig is om nieuwe sterren te vormen. Het stelsel maakte deel uit van een onderzoek door astronoom Vera Rubin (1928 – 2006). Haar onderzoek betrof te begrijpen hoe sterrenstelsels tot zulke enorme afmetingen kunnen groeien. Hiertoe keek ze naar de rotatie van sterren binnen veel spiraalvormige soortgenoten. Een onverwacht resultaat van haar werk was dat het als eerste overtuigend de dominante aanwezigheid van donkere materie in het universum aantoonde. Ter ere van die prestatie wordt UGC 2885 ook wel ‘Rubin’s Galaxy’ genoemd, met de bijnaam ‘Godzilla Galaxy’. Die bijnaam dankt het stelsel aan het feit dat het het grootste stelsel in onze directe omgeving is. [Godzilla is een film- en stripboekicoon voor een gigantisch monster.]

Donkere materie

Vera’s ontdekking bestond uit het ontdekken van een discrepantie tussen de verwachte en de waargenomen beweging van sterren in hun sterrenstelsel. Dit deed ze door rotatiecurven van veel stelsels op te meten en te bestuderen. Een rotatiecurve is een grafiek waarin de snelheden van zichtbare sterren en gas om het centrum van het stelsel getoond wordt tegen de afstand tot het centrum van dat stelsel. Onderstaand plaatje toont de curve voor het stelsel Messier 33.

Omdat de zichtbare sterren en het gas aangeven waar zich materie bevindt, vertellen de zwaartekrachtwetten van Kepler en Newton hoe de vorm van deze curve eruit zou moeten zien. Ze merkte echter dat sterren en gas in de buitengebieden net zo snel of zelfs sneller om het centrum roteren dan de sterren die zich dichtbij het centrum bevinden. Nog verontrustender was dat de sterren in de buitenste spiralen zo snel ronddraaiden dat ze op basis van hun snelheid uit de bocht – het stelsel – moeten vliegen. De massa’s van de zichtbare sterren en het gas blijken niet genoeg om te verklaren waarom het stelsel bij elkaar gehouden blijft. Er ontbreekt een buitengewone hoeveelheid materie. Deze resultaten zijn sterk in tegenspraak met wat verwacht werd. De waarnemingen kunnen alleen verklaard worden door aan te nemen dat er zich binnen en buiten het stelsel toch veel meer materie bevindt. Materie die zich echter niet laat zien en daarom donkere materie genoemd wordt.

De onverklaarbare rotatiecurven onthulden dat er veel meer massa in het universum is dan op het eerste gezicht lijkt. De kosmos zit boordevol donkere materie, tot wel 5 keer meer dan gewone materie! Zo genoemd omdat het geen straling (licht) uitzendt, geen straling absorbeert en ook geen straling reflecteert. Het is daardoor moeilijk te detecteren: alleen indirect via bijvoorbeeld rotatiekrommen. Sterrenstelsels zoals UGC 2885 zijn ingebed in een enorm gebied met donkere materie.

1. Zoom in naar UGC 2885

2. Wat is donkere materie (16 minuten)

3. Hoe zoek je naar donkere materie, een onzichtbaar deel van het heelal?

Carol van den Wijngaart