Geïsoleerd sterrenstelsel Markarian 1216 heeft een kern van donkere materie

Markarian 1216 (kortweg Mrk 1216) is een compact elliptisch sterrenstelsel op ongeveer 316 miljoen lichtjaar van Aarde. Uit nieuwe gegevens van het Chandra X-ray Observatory van de NASA hebben astronomen ontdekt dat Mrk 1216 meer donkere materie bevat dan verwacht in de kern na miljarden jaren alleen (dus zonder buurstelsel) te zijn geweest.

Mrk 1216 behoort tot een familie van elliptisch gevormde sterrenstelsels waarbij dichter bij het centrum de concentratie van sterren vele malen groter is dan bij de meeste andere sterrenstelsels.

Astronomen denken dat ze afstammen van roodachtige, compacte sterrenstelsels die red nuggets worden genoemd en ongeveer een miljard jaar na de Oerknal zijn ontstaan, maar vervolgens ongeveer 10 miljard jaar geleden in hun groei tot stilstand kwamen.

Als deze verklaring juist is, dan moet de donkere materie in Mark 1216 en van zijn familieleden ook strak verpakt zijn.

Om dit idee te testen, bestudeerden de Amerikaanse astronomen David Buote en Aaron Barth de röntgenstraling en temperatuur van heet gas op verschillende afstanden van het centrum van Mrk 1216, zodat ze konden meten hoeveel donkere materie er in het midden van het sterrenstelsel zit .

“Toen we de Chandra-gegevens vergeleken met onze computermodellen, vonden we een veel sterkere concentratie van donkere materie dan in andere sterrenstelsels met een vergelijkbare totale massa,” verklaarde Dr. Buote.

“Dit vertelt ons dat de geschiedenis van Mrk 1216 erg verschilt van een gangbaar sterrenstelsel. In wezen zijn alle sterren en de donkere materie al lang geleden verpakten is dit in de afgelopen 10 miljard jaar nauwelijks veranderd. ”

Volgens de nieuwe studie ontstond er een halo van donkere materie rond het centrum van Mrk 1216 ongeveer 3 tot 4 miljard jaar na de Oerknal. De halo is naar verwachting uitgestrekt over een groter gebied dan de sterren in de Melkweg.

In tegenstelling tot Mrk 1216, bleven de meeste grote elliptische sterrenstelsels wel geleidelijk groeien doordat kleinere sterrenstelsels met elkaar versmolten in de tijd.

“De oude tijden en de dichte concentratie van de sterren in compacte elliptische sterrenstelsels zoals Mrk 1216, die relatief dichtbij werd gezien, vormden het eerste belangrijke bewijs dat zij de afstammelingen zijn van de red nuggets die op grote afstanden worden waargenomen,” zei Dr. Barth.

“We denken dat het compacte formaat van de donkere materie-halo die hier wordt gezien de zaak bevestigt.”

De Mrk 1216-gegevens bieden ook nuttige informatie over donkere materie.

De astronomen interpreteerden de Chandra-gegevens met behulp van zowel standaard Newtoniaanse modellen van zwaartekracht en een alternatieve theorie die bekend staat als gemodificeerde Newtoniaanse dynamica (MOND).

De resultaten lieten zien dat beide theorieën over de zwaartekracht ongeveer dezelfde buitengewone hoeveelheid donkere materie in het centrum van Mrk 1216 voorspelden.

“In de toekomst hopen we een stap verder te gaan en de aard van donkere materie te bestuderen,” zei Dr. Buote.

“De dichte opeenhoping van donkere materie in het midden van Mrk 1216 kan een begin zijn voor het ontwikkelen van niet-standaard theorieën die minder centraal geconcentreerde donkere materie voorspellen, zoals voor donkere materiedeeltjes die op een andere manier dan de zwaartekracht met elkaar samenwerken. ”

De bevindingen werden gepubliceerd in het Astrophysical Journal.