Als er iets opmerkelijk is aan de satellietstelsels van onze melkweg, is het dat er maar zo weinig van zijn. De gangbare theorie voor de vorming van sterrenstelsels voorspelt er tien keer zoveel! Andrey Kravtsov en zijn collega’s van de Universiteit van Chicago simuleerden het vormingsproces en lieten daarmee zien dat de situatie heel normaal is. In hun simulatie hielden ze rekening met donkere materie. Die heeft volgens hen vroeger de kleinere satellietstelsels uit elkaar getrokken voor daar sterren in ontbrandden. Nu zijn alleen de grote jongens over.

Donkere materie

In de jaren 1930 liet Nederlander Jan Oort zien, dat de sterren in de melkweg te snel om het centrum draaiden. De kracht die ze in die baan houdt is natuurlijk de totale zwaartekracht van alle andere massa in het stelsel. Hoe groter de totale massa, hoe sneller de sterren om het centrum kunnen draaien zonder ‘uit de bocht te vliegen’. De Zwitser Fritz Zwicky zag hetzelfde effect in de enorme Coma-cluster. Het leek alsof de sterren, planeten en gasnevels maar 10% van de massa in sterrenstelsels besloegen; er was namelijk veel meer zwaartekracht dan verklaard kon worden op basis van de zichtbare materie. Er was iets serieus mis.

De ontbrekende 90% van de massa in het heelal is onzichtbaar. Geen enkele vorm van elektromagnetische straling heeft er vat op; ook met infrarood- of rontgentelescopen is ze niet te zien. De enige manier om donkere materie waar te nemen is via de zwaartekracht die ze veroorzaakt. Sterrenkundigen hebben andere oplossingen gezocht – zoals aanpassingen aan de zwaartekrachtswetten van Newton – maar die zijn niet succesvol gebleken. Het is een ‘dirty little secret’ dat de sterrenkunde zo’n stoplap gebruikt. Er wordt dan ook hard gezocht naar de aard van donkere materie: zijn het net-niet-massaloze neutrino’s? Uitgebrande sterren of zwarte gaten? Een soort materie die helemaal niet uit quarks bestaat? Niemand weet het, maar ondertussen kan men wel met de donkere materie rekenen.

Donkere materie verscheurt ministelsels

Kravtsov’s simulatie werkte op kleinere tijdschalen dan voorgaande modellen hadden gedaan. Zo kon hij kleine veranderingen in halo’s van donkere materie bekijken en onderzoeken wat die voor effect hadden op de normale materie er binnenin. Kravtsov bekeek een aantal massa’s donkere materie, gemengd met in totaal genoeg ‘normale’ materie voor een flink sterrenstelsel. Zoals verwacht begonnen zich in de grotere halo’s sterren en een sterrenstelsel te vormen. De kleinere halo’s hadden satellietstelsels kunnen worden – maar deden dat niet. Ondertussen ‘stripte’ de zwaartekracht van de grotere halo’s de kleinere exemplaren van materie, zodat daarin geen stervorming plaats vond. Alleen de grote satelliethalo’s konden hun materie beschermen en sterren in hun binnenste vormen.

Spinnenweb

Andrey Kravtsov was niet de eerste die de verdeling van donkere materie in het heelal modelleerde. Eerder onderzoek heeft al laten zien dat de donkere materie zich verdeelt in draden – als een drie-dimensionaal spinnenweb. De zichtbare materie waaruit sterrenstelsels, sterren, planeten en wijzelf bestaan zit door de zwaartekracht óók in die draden gevangen. Astronomen hebben dat vergeleken met de verdeling die in het heelal zichtbaar is; ook daar zijn de draden van materie en grote lege holtes goed zichtbaar.