Donkere materie blijft ongrijpbaar voor astronomen. Nieuw onderzoek suggereert dat we anders naar het vraagstuk moeten kijken.

Astronomen breken zich al jaren het hoofd over donkere materie. Door te kijken hoeveel licht er van een sterrenstelsel afkomt, kunnen ze bepalen hoe zwaar het stelsel is. Aan de hand van deze massa berekenen ze hoe snel het zou moeten draaien. Maar in werkelijkheid draaien de stelsels sneller dan de berekeningen voorspellen: er is dus meer massa aanwezig, die we niet kunnen zien. Dit is het bekendste bewijs voor het bestaan van donkere materie.

Wel 86 procent van de massa in het heelal bestaat uit donkere materie. We weten dus dat het spul bestaat, maar kunnen het niet waarnemen. Daardoor zijn er nog een hoop vragen over. Zo weten astronomen tot de dag van vandaag niet wat het eigenlijk is. Ook kunnen ze niet al het gedrag van sterrenstelsels ermee verklaren. Dat heeft tot gevolg dat er zelfs wetenschappers zijn die beweren dat donkere materie helemaal niet bestaat, maar dat de zwaartekracht anders werkt dan we denken. Een team van Italiaans onderzoeksinstituut SISSA denkt een verklaring te hebben voor het vreemde gedrag van de materie.

Lees ook:

• ‘Sterrenstelsel zonder greintje donkere materie gespot’
• Hoe verder met de zoektocht naar donkere materie?

Ingewikkelde formule

Met hun nieuwe aanpak hopen de onderzoekers twee problemen rond donkere materie op te lossen. De eerste daarvan is het zogeheten cuspy-halo-probleem, dat betrekking heeft op een verschil tussen simulaties en metingen. Wanneer astronomen donkere materie proberen na te bootsen met hun computers verwachten ze dat de hoeveelheid donkere materie in het midden van sterrenstelsels sterk toeneemt. Maar als ze vervolgens naar echte sterrenstelsels kijken, komen ze tot de conclusie dat de donkere materie gelijkmatiger is verdeeld.

Het andere probleem heeft te maken met de zogenoemde radiale versnellingsrelatie. Dat is een ingewikkelde formule die een hoop bewegingen van sterrenstelsels beschrijft, zoals hoe snel sterren bewegen op basis van waar ze zich bevinden. Onderzoekers kunnen deze formule niet goed oplossen met de huidige kennis van donkere materie, en daarom zien sommigen hierin het bewijs dat het spul helemaal niet bestaat. Hoewel dit bewijs absoluut niet doorslaggevend is, blijft het toch moeilijk deze mensen tegen te spreken. Je kunt namelijk niet uitleggen hoe de formule met donkere materie zou moeten werken.

Nieuwe ideeën

Het Italiaanse team komt met een theorie die beide problemen kan oplossen. De onderzoekers beweren dat donkere materie anders met zwaartekracht omgaat dan de ‘gewone’ variant, en dat het spul zich daardoor zo vreemd gedraagt. Deze andere manier wordt non-minimal coupling genoemd.

“We weten precies hoe gewone materie met zwaartekracht omgaat”, vertelt Alexej Bojarski, hoogleraar theoretische fysica aan Universiteit Leiden. “Non-minimal coupling betekent dat donkere materie op een andere manier te werk gaat.” In dat geval zijn zowel het cuspy-halo-probleem als de radiale versnellingsrelatie opgelost.

De theorie lijkt dus goed te passen, maar dat wil nog niet zeggen dat donkere materie werkelijk zo werkt. Het team heeft alleen aangetoond dat non-minimal coupling een mogelijke verklaring is voor de verschijnselen die astronomen in sterrenstelsels zien. Bojarski twijfelt of dit de juiste aanpak is: “Je kunt zeker aannemen dat er non-minimal coupling optreedt, maar ik denk dat het ook zonder kan. Donkere materie is al ingewikkeld genoeg.” Wel benadrukt de hoogleraar dat dit in de toekomst altijd kan veranderen, als er bijvoorbeeld hard bewijs wordt gevonden voor non-minimal coupling. Het kan dus nog alle kanten op.

Bronnen: The Astrophysical Journal, ScienceAlert

Beeld: NASA

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!