Astronomen hebben met de ruimtetelescoop Hubble iets gevonden dat nog nooit eerder is waargenomen: een compacte gaswolk die baadt in donkere materie, maar waar geen enkele ster in schijnt te zitten. Zo’n objecten worden al lang voorspeld, maar tot nu toe was er geen bewijs dat ze effectief bestaan.

Het object, dat door de onderzoekers liefkozend Cloud-9 wordt genoemd, werd eerder al opgemerkt door radiotelescopen in China. Die pikten een signaal op van waterstofgas in de buurt van het spiraalvormige sterrenstelsel M94, dat zich op zo’n 14 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt. Maar wat was het precies? Een mislukt sterrenstelsel? Een losgeslagen gaswolk? Of iets heel anders?

Om daar achter te komen, richtten astronomen van ESA en NASA de ruimtetelescoop Hubble op de mysterieuze plek. Ze tuurden urenlang naar datzelfde stukje hemel, op zoek naar zelfs de allervaagste sterren. Het resultaat: niets. En dat is precies wat Cloud-9 zo bijzonder maakt.

Al lang voorspeld

Volgens het gangbare model van het heelal zouden er talloze wolken van donkere materie door de kosmos moeten zweven, zogenoemde ‘halo’s. Sommige daarvan bevatten genoeg gas om sterrenstelsels te vormen. Maar de lichtere exemplaren zouden nooit genoeg gas kunnen vasthouden om sterren te laten ontstaan.

Die sterrenloze halo’s noemen astronomen RELHICs, kort voor ‘reionization-limited H I clouds’. Vrij vertaald: gaswolken die na de kosmische ‘heropwarming’, een periode kort na de oerknal, nooit de kans kregen om sterren te maken. Cloud-9 lijkt zo’n RELHIC te zijn. Het is het sterkste bewijs tot nu toe dat deze objecten bestaan.

Extreem gasrijk

De onderzoekers berekenden dat Cloud-9 zo’n 1,4 miljoen keer de massa van onze zon aan waterstofgas bevat. Dat klinkt misschien als veel, maar voor een sterrenstelsel is het juist heel weinig. Ons eigen Melkwegstelsel heeft miljarden keren meer massa. De wolk heeft daarentegen zo’n 5 miljard zonmassa’s aan donkere materie, zo zegt ESA in een persbericht.

Ook speciaal aan Cloud-9 is de verhouding tussen gas en sterren. Bij normale dwergsterrenstelsels is die verhouding hooguit 1 op 4. Bij Cloud-9 is die verhouding minstens 443 op 1 en waarschijnlijk nog extremer. Er zit dus honderden keren meer gas dan er eventueel aan sterren zou kunnen zijn.

De Hubble-waarnemingen waren diep genoeg om sterren te zien die honderdduizenden keren zwakker zijn dan wat we met het blote oog kunnen waarnemen. Als er een klein sterrenstelsel zoals Leo T (een dwergsterrenstelsel in de buurt van de Melkweg) zou zitten, dan had Hubble tientallen individuele sterren moeten oppikken. Maar er was niets. De onderzoekers kunnen naar eigen zeggen met meer dan 99 procent zekerheid zeggen dat er geen sterrenstelsel zit met meer dan 10.000 zonsmassa’s aan sterren.

Donkere materie zichtbaar maken

Waarom is dit zo belangrijk? Donkere materie is een van de grootste mysteries van de moderne sterrenkunde. We kunnen het niet zien, niet aanraken en niet direct meten. We weten alleen dat het er is omdat sterrenstelsels zich gedragen alsof er veel meer massa is dan we kunnen waarnemen. Zonder donkere materie zouden sterrenstelsels uit elkaar vallen.

Cloud-9 maakt het misschien mogelijk om donkere materie te bestuderen zonder de rommel van sterren ertussendoor. Het gas in de wolk staat in evenwicht met de omringende donkere materie, een beetje zoals een ballon die in vorm wordt gehouden door de luchtdruk. Door de eigenschappen van het gas te meten, kunnen astronomen indirect de verdeling van de donkere materie in kaart brengen.

Wat nu?

De ontdekking van Cloud-9 roept meteen nieuwe vragen op. Hoe is deze wolk zo lang aan stervorming ontsnapt? Wordt het gas langzaam weggeblazen door het naburige sterrenstelsel M94? En zijn er meer van dit soort objecten in het heelal? De onderzoekers hopen dat toekomstige waarnemingen nog dieper kunnen kijken, om een eventueel ultrazwak sterrenstelsel definitief uit te sluiten.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Eerste glimp van donkere materie gezien? Japanse astronoom claimt grote ontdekking en 13 miljard jaar geleden fonkelden misschien sterren van donkere materie. Of lees dit artikel: Hubble observeert catastrofale botsing bij ster Fomalhaut.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: !