UFO'S of UAP'S, ASTRONOMIE, RUIMTEVAART, ARCHEOLOGIE, OUDHEIDKUNDE, SF-SNUFJES EN ANDERE ESOTERISCHE WETENSCHAPPEN

Nieuw onderzoek suggereert dat het mysterieuze goedje nu invloedrijker is dan in de jonge jaren van het heelal.

Dat concluderen astronomen in het blad Nature. Ze baseren zich op een onderzoek naar de rotatie van zes zware sterren vormende stelsels op zeer grote afstand van de aarde.

TWIJFELS OVER DONKERE MATERIE

Eigenlijk is donkere materie door onderzoekers ‘bedacht’ om te kunnen verklaren waarom snel roterende sterrenstelsels niet uiteenvallen. Of donkere materie echt bestaat, is onduidelijk. We kunnen het immers niet zien. Het bestaan ervan is alleen af te leiden uit het zwaartekrachtseffect dat het op zichtbare materie heeft. Overigens zijn lang niet alle onderzoekers ervan overtuigd dat donkere materie bestaat. Vorig jaar stelde de Nederlandse hoogleraar Erik Verlinde nog dat donkere materie niet bestaat en dat we het ook niet nodig hebben om te verklaren waarom snel roterende sterrenstelsels niet uiteenvallen.

Donkere materie
Sterrenstelsels roteren. En vrij snel ook. Zo snel dat je eigenlijk zou verwachten dat ze uiteenvallen. Maar dat gebeurt niet. Hoe kan dat? Onderzoekers wijten het aan donkere materie: een onzichtbaar goedje dat dienst doet als een soort ‘superlijm’ en voorkomt dat snel roterende sterrenstelsels uiteenvallen (zie kader).

In het jonge heelal
In dit nieuwe onderzoek bestudeerden wetenschappers roterende zware sterren vormende stelsels die ver van ons verwijderd zijn. Omdat het licht van deze sterrenstelsels miljarden jaren moet reizen alvorens het ons bereikt, zien we deze sterrenstelsels nu zoals deze er 10 miljard jaar geleden, oftewel in de tijd van het jonge heelal, uitzagen. Uit de waarnemingen van de onderzoekers blijkt dat deze sterrenstelsels op een belangrijk punt afwijken van de spiraalstelsels zoals we die in het huidige heelal zien. De buitenste delen van de sterrenstelsels uit het vroege heelal draaien namelijk veel langzamer dan de delen dichter bij de kern. Het suggereert dat er minder donkere materie aanwezig is dan verwacht.

Hier zie je een schematische weergave van draaiende schijfstelsels in het vroege heelal (rechts) en in het moderne heelal (links). De nieuwe waarnemingen suggereren dat zware sterren-vormende stelsels in het voege heelal minder sterk beïnvloed werden door donkere materie (rood ingekleurd), omdat donkere materie nog minder geconcentreerd was. Daardoor draaiden de buitenste delen van de verre sterrenstelsels minder snel dan dezelfde delen van sterrenstelsels in het lokale heelal.

Afbeelding: ESO / L. Calçada.

Kleine rol voor donkere materie
“Verrassend genoeg zijn de rotatiesnelheden in de sterrenstelsels niet constant, maar nemen ze naar buiten toe af,” vertelt onderzoeker Reinhard Genzel. “Dat heeft waarschijnlijk twee oorzaken. Allereerst worden de meeste van deze vroege zware sterrenstelsels gedomineerd door normale materie, en speelt donkere materie een veel kleinere rol dan in het lokale heelal. Op de tweede plaats waren de schijven van deze vroege stelsels veel turbulenter dan de spiraalstelsels die we in onze kosmische nabijheid zien.”

En hoe verder we teruggaan in het verleden, hoe sterker de door Renzel beschreven effecten tot uiting komen. Het suggereert dat het gas zich drie tot vier miljard jaar na de oerknal al had georganiseerd in platte, draaiende schijven, maar dat de omhullende halo’s van donkere materie zich nog over een veel groter volume uitstrekten. Het zou betekenen dat donkere materie miljarden jaren meer tijd nodig had om zich te verdichten en pas veel later een dominante rol ging spelen in het universum. Het is in lijn met eerdere waarnemingen die aantoonden dat vroege sterrenstelsels veel gasrijker en compacter waren dan de huidige sterrenstelsels.

Today, we know dark matter as a mysterious, elusive presence in our universe, exerting a gravitational pull on our Milky Way and other galaxies. But in an unexpected twist, scientists are now learning dark matter was far less of a powerful presence in the early days of the universe than we once thought.

In a study to be published Thursday in Nature, as well as three accompanying papers in the Astrophysical Journal, an international team of researchers found that 10 billion years ago, the galaxy was dominated by baryonic or “normal” matter, which constitutes what makes up the gas, dust, stars, and planets in our universe today.

Today, dark matter, which does not emit, absorb, or reflect light, has a greater influence on our universe. It interacts with normal matter only through gravity, and it’s responsible for the rotation speeds in spiral galaxies.

“If you take a textbook case of a nearby spiral disk, there are large amounts of dark matter present that causes the rotational speeds to be high, even far from the galaxy center,” coauthor Stijn Wuyts of the University of Bath tells Inverse.

The team used telescopes to measure the rotation curves of six massive galaxies. Since these galaxies were so distant, it was like looking back in time 10 billion years ago, when stars were still forming.

This chart shows observations of six distant galaxies. The left column shows the distribution of the total surface brightness. The right column shows the velocity map. The galaxies show a rotation pattern, with blue areas moving towards the observer and red parts moving away.

But in early galaxies, researchers observed that the outer regions of the galaxies were spinning slower than central regions — meaning less dark matter than expected was present, and dark matter played a smaller role. These early galaxies were also more turbulent than spiral galaxies today. Two further studies of 240 star-forming galaxies supported these findings.

“From the peak epoch of galaxy formation 10 billion years ago to the present day, the reconstruction of this evolutionary path will be something we will be able to do more accurately,” Wuyts says.

Three to four billion years after the Big Bang, the gas in galaxies condensed into flat, rotating disks, while large dark matter halos surrounded them. Before, these halos were more spread out, but after billions of years, the dark matter has condensed and now has a larger effect on the rotation of many modern galaxies, like our Milky Way.

These findings have three possible implications. One is that because normal matter was more influential in the early universe, galaxies today have central regions that are rich in normal matter.

“It’s driven by the fact that galaxies in the young universe have so much gas in them, the gas that later in their lives will be used to form stars,” Wuyts says.

In addition, these findings imply that the winds driving out from the center of the galaxies may have altered the distribution of dark matter.

There’s also a speculative third possibility that the current hypothesis of dark matter may be incorrect. Perhaps the dark matter particle is lighter or not a particle at all, or perhaps it’s similar to black holes.

“We are learning that the situation is more complicated than people had assumed as far as dark matter is concerned, so we need to consider why that is,” lead author Reinhard Genzel of the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Germany tells Inverse. “If this might lead to a recognition that the dark matter paradigm needs to be rethought, that would be pretty sensational, but we need to first be conservative.”

The team saw the first hints of dropping rotation curves eight years ago, showing that dark matter was not as influential in the early universe. It continued to gather more evidence using data from other galaxies. In the next phase of their research, scientists plan to study galaxies with lower masses to help them better understand our universe’s origins.

“What I would predict is people will be very suspicious,” Genzel says. “That’s the nature of science. This is not what we would’ve expected. Other people will have to check it. In the meantime, the theorists hopefully will start thinking about the various options we’ve discussed and give us ideas on what we’ll do next.”

Abstract: In the cold dark matter cosmology, the baryonic components of galaxies - stars and gas - are thought to be mixed with and embedded in non-baryonic and non-relativistic dark matter, which dominates the total mass of the galaxy and its dark matter halo. In the local Universe, the mass of dark matter within a galactic disk increases with disk radius, becoming appreciable and then dominant in the outer, baryonic regions of the disks of star-forming galaxies. This results in rotation velocities of the visible matter within the disk that are constant or increasing with disk radius – a hallmark of the dark matter model. Comparison between the dynamical mass and the sum of stellar and cold-gas mass at the peak epoch of galaxy formation ten billion years ago, inferred from ancillary data, suggest high baryon factions in the inner, star-forming regions of the disks. Although this implied baryon fraction may be larger than in the local Universe, the systematic uncertainties (stellar initial mass function, calibration of gas masses) render such comparisons inconclusive in terms of the mass of dark matter. Here we report rotation curves for the outer disks of six massive star-forming galaxies, and find that the rotation velocities are not constant, but decrease with radius. We propose that this trend arises because of a combination of two main factors: first, a large fraction of the massive, high-redshift galaxy population was strongly baryon dominated, with dark matter playing a smaller part than in the local Universe; and second, the large velocity dispersion in high-redshift disks introduces a substantial pressure term that leads to a decrease in rotation velocity with increasing radius. The effect of both factors appears to increase with redshift. Qualitatively, the observations suggest that baryons in the early Universe efficiently condensed at the centres of dark matter halos when gas fractions were high, and dark matter was less concentrated.

Photos via Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Flickr / European Southern Observatory