Bijna een eeuw geleden ontdekte astronoom Edwin Hubble dat vrijwel alle sterrenstelsels van de Melkweg af bewegen. Het is een belangrijk bewijs voor de uitdijing van het heelal en voor de oerknal. Maar al in de tijd van Hubble was het duidelijk dat er uitzonderingen zijn, zo beweegt ons buurstelsel Andromeda juist met zo’n 100 kilometer per seconde naar ons toe.
Sterker nog, al een halve eeuw lang vragen astronomen zich af waarom de meeste nabije sterrenstelsels – behalve Andromeda – zich keurig van ons af bewegen en niet gevoelig lijken te zijn voor de massa en dus zwaartekracht van de zogenoemde Lokale Groep (de Melkweg, het Andromeda-stelsel en tientallen kleinere sterrenstelsels).
Een internationaal team van wetenschappers onder leiding van de recent gepromoveerde Ewoud Wempe van het Groningse Kapteyn Instituut komt nu met een oplossing. Computersimulaties laten zien dat de massa van de sterrenstelsels in de Lokale Groep, inclusief de onzichtbare donkere materie eromheen, in een platte structuur zit die zich in iedere richting uitstrekt over tientallen miljoenen lichtjaren. Boven en onder deze laag zitten grote leegtes. Deze ‘oplossing’ die de computer vond komt overeen met de verdeling van de waargenomen sterrenstelsels om ons heen en de snelheden die ze hebben.
Een digitale replica van de Lokale Groep
Het algoritme simuleerde regio’s in het vroege universum, met een massaverdeling gebaseerd op waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling. Deze simulatie moest vervolgens evolueren tot de situatie die we nu in de Lokale Groep zien, met de massa, positie en snelheid van de Melkweg en het Andromeda-stelsel, en posities en snelheden van 31 sterrenstelsels net buiten de Lokale Groep. Zo ontstond er een digitale replica van onze omgeving.
In het computerresultaat met de platte massaverdeling hebben de 31 omringende sterrenstelsels een snelheid die vergelijkbaar is met die van waarnemingen. Sterrenstelsels bewegen hierbij van ons af, ondanks de massa van de Lokale Groep.
De reden dat er lokaal zo weinig afwijkingen zijn van de Wet van Hubble-Lemaître heeft volgens de wetenschappers twee redenen. Voor nabije sterrenstelsels in het vlak wordt de zwaartekrachtsaantrekking door de Lokale Groep tegengewerkt door de massa verderop in het vlak. En de plekken waar je verwacht dat materie naar ons toe beweegt (de leegtes) zijn in feite ‘onzichtbaar’ omdat er geen sterrenstelsels zijn.
Volgens hoofdonderzoeker Ewoud Wempe is het de eerste bepaling van de distributie en de snelheid van donkere materie in de regio rondom de Melkweg en Andromeda. “We verkennen hiermee eigenlijk alle mogelijke lokale configuraties van het vroege universum die uiteindelijk leidden tot de Lokale Groep. Het mooie is dat we nu voor het eerst een model hebben dat aan de ene kant consistent is met het huidige kosmologische model, en aan de andere kan met de dynamica van onze lokale omgeving.”
Ook Amina Helmi is erg blij met de ontdekking. Volgens haar probeerden astronomen het vraagstuk al tientallen jaren tevergeefs op te lossen. “Het is erg gaaf om te zien dat we puur op basis van bewegingen van sterrenstelsels kunnen komen tot een massaverdeling die overeenkomt met de posities van sterrenstelsels binnen en net buiten de Lokale Groep.”