“Het zoeken naar donkere objecten die geen licht uitstralen, is een uitdaging”, zegt Devon Powell van het Max Planck Instituut voor Astrofysica (MPA, Duitsland), hoofdauteur van de studie die vandaag is gepubliceerd in Nature Astronomy. “Omdat we ze niet direct kunnen zien, gebruiken we in plaats daarvan zeer verre sterrenstelsels als een soort ‘achtergrondverlichting’ om hun zwaartekrachtsinvloeden te zoeken.”
De mysterieuze donkere materie is essentieel is om te begrijpen hoe sterren en sterrenstelsels zijn geëvolueerd. Een belangrijke vraag is in welke mate donkere materie in het heelal ‘samengeklonterd’ is, omdat dit zou kunnen onthullen waaruit het bestaat. Omdat donkere materie niet zichtbaar is, kunnen de eigenschappen ervan alleen worden bepaald door het zwaartekrachtlens-effect waar te nemen, waarbij het licht van een verder weg gelegen object wordt vervormd en afgebogen door de zwaartekracht van het object op de voorgrond.
Normaalgesproken is een sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels verantwoordelijk voor de afbuiging van het licht, maar in dit geval is het voorgrondobject donker, en is het object dat als lens werkt dus onzichtbaar.
Telescoop ter grootte van de aarde
Het team maakte gebruik van een netwerk van telescopen van over de hele wereld, waaronder de Green Bank Telescope (GBT), de Very Long Baseline Array (VLBA) en het European Very Long Baseline Interferometric Network (EVN). De gegevens van dit internationale netwerk werden gecorreleerd bij het Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) in Dwingeloo. Deze techniek creëert een virtuele supertelescoop ter grootte van de aarde, die de subtiele lenswerking door het donkere object kon opvangen.
Zo werd ontdekt dat het object een miljoen keer zwaarder is dan onze zon en dat het zich op een afstand van ongeveer 10 miljard lichtjaar van de aarde bevindt uit de tijd dat het heelal nog maar 6,5 miljard jaar oud was. Het is het object met de laagste massa dat ooit met deze techniek is gevonden. Dit gevoeligheidsniveau kon alleen worden bereikt door de inzet van radiotelescopen over de hele wereld.
De eerste auteur van het MNRAS-artikel John McKean (Rijksuniversiteit Groningen, Universiteit van Pretoria en het South African Radio Astronomy Observatory) licht toe: "Op het eerste hoge-resolutiebeeld zagen we meteen een subtiele versmalling in de zwaartekrachtsboog, wat een duidelijk teken was dat we iets op het spoor waren. Alleen een andere kleine massa tussen ons en het verre radiostelsel kon dit veroorzaken."
Om de enorme dataset te analyseren, moest het team nieuwe algoritmen ontwikkelen. Het team paste daarbij een speciale techniek toe (gravitational imaging), waarmee ze de onzichtbare donkere materie konden ‘zien’ door het zwaartekrachtseffect ervan in kaart te brengen ten opzichte van de boog.
Meer donkere objecten
“Gezien de gevoeligheid van onze gegevens verwachtten we minstens één donker object te vinden. Onze ontdekking komt overeen met de zogeheten ‘koude donkere materie-theorie’, waarop veel van ons begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan is gebaseerd. Nu we er één hebben gevonden, is de vraag of we er nog meer kunnen vinden,” aldus Powell.
De astronomen analyseren de gegevens nu verder om beter te begrijpen wat het mysterieuze donkere object zou kunnen zijn, maar ze gaan ook in andere delen van de hemel op zoek naar dergelijke donkere objecten met een lage massa. Als ze meer mysterieuze donkere objecten vinden en als blijkt dat die echt volledig verstoken zijn van sterren, dan kunnen sommige theorieën over donkere materie overboord worden gezet.
Artikelen:
Powell et al. https://www.nature.com/articles/s41550-025-02651-2
McKean et al. https://doi.org/10.1093/mnrasl/slaf039