Een nieuw ontdekt 'Einsteins kruis' onthult het bestaan ​​van een gigantische halo van donkere materie

Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie buigt licht rond objecten met grote massa's, zoals sterrenstelsels. Dit veroorzaakt soms een fenomeen dat bekend staat als gravitatielenswerking , waarbij licht van objecten erachter helderder, sterker en vervormd wordt.

In zeldzame gevallen kan een zwaartekrachtlens zelfs licht dat erdoorheen gaat splitsen en het meerdere keren laten verschijnen. Een dergelijk fenomeen wordt een "Einsteinkruis" genoemd, vanwege de vorm die deze gesplitste herhalingen van licht aannemen.

Het Einsteinkruis G2237+0305 werd in september 1990 waargenomen door de Hubble-ruimtetelescoop.

FOTO: NASA, ESA EN STSCI

Onlangs is een nieuw Einsteinkruis waargenomen en beschreven in een wetenschappelijk artikel. De ontdekking werd gedaan door een onderzoeksteam van de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), een ruimtetelescoop in Noord-Chili, met behulp van observatiegegevens van ALMA en andere telescopen. Het licht van het kruis is afkomstig van HerS-3, een sterrenstelsel op een afstand van 11,6 miljard lichtjaar. De zwaartekrachtlens wordt gegenereerd door vier reuzenstelsels tussen HerS-3 en de aarde. Deze reuzenstelsels bevinden zich op een afstand van zo'n 7,8 miljard lichtjaar.

De gravitatielens splitst de lichtbron niet alleen, maar vergroot deze ook, waardoor een gedetailleerd beeld van de lichtbron achter de lens ontstaat. Dankzij dit, aldus het team, lijkt HerS-3 een helder sterrenstelsel te zijn – een sterrenstelsel waar explosieve stervorming plaatsvindt – en is het ontstaan ​​in een tijd waarin de stervorming in het heelal op zijn hoogtepunt was. HerS-3 heeft ook een gekantelde, roterende schijf, waaruit in het midden gas met een razend tempo spuit, aldus het team.

"Dankzij deze natuurlijke telescoop kunnen we inzoomen op gebieden die tien keer kleiner zijn dan de Melkweg, bijna 12 miljard lichtjaar ver weg, en daarbij verborgen materie in het licht van het zicht afleiden", aldus Hugo Mesias, medeauteur van het artikel, in een verklaring .

Op het eerste gezicht lijkt het Einsteinkruis van HerS-3 uitsluitend te zijn ontstaan ​​door zwaartekrachtlenzen, veroorzaakt door de vier reuzenstelsels tussen HerS-3 en de aarde. Met behulp van een nauwkeurig model van zwaartekrachtlenzen ontdekte het team echter dat de waarneembare massa van deze vier reuzenstelsels onvoldoende is om de indeling van de vijf afbeeldingen van het kruis te verklaren: hun massa is simpelweg niet groot genoeg om het visuele effect te produceren dat zichtbaar is.

"De enige manier om de opmerkelijke configuratie die we observeerden te reproduceren, was door er een onzichtbare, massieve component aan toe te voegen: een halo van donkere materie in het centrum van de groep sterrenstelsels", aldus hoofdonderzoeker Pierre Cox van het Institut d'Astrophysique de Paris.

Het roodachtige licht in het vierkante kader rechts is een vergrote versie van het Einsteinkruis van HerS-3. De heldere objecten (G1-G4) in het linkerkader zijn de vier reuzenstelsels die de zwaartekrachtlens genereren. De gele stermarkering (DM) geeft de locatie aan van een enorme halo van donkere materie in de populatie sterrenstelsels waartoe de vier reuzenstelsels behoren.

FOTO: P. COX ET AL / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / NOEMA

Een halo van donkere materie is een massa donkere materie die door zwaartekracht is samengeklonterd. De massa van deze halo, die het licht van HerS-3 beïnvloedt, is naar schatting enkele biljoenen keren zo groot als die van de zon.

Donkere materie is materiaal waarvan men vermoedt dat het in de ruimte bestaat, maar dat niet met zichtbaar licht kan worden waargenomen; men denkt dat het ongeveer 85 procent van de totale massa van het heelal uitmaakt. Het Einsteinkruis, gevormd door HerS-3, biedt volgens het onderzoeksteam mogelijk een unieke mogelijkheid om de invloed van donkere materie op de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal te bestuderen.

Dit verhaal verscheen oorspronkelijk op WIRED Japan en is vertaald uit het Japans.