Er bestaat een compleet onverwacht verband tussen donkere en zichtbare materie. Dat schrijven Europese sterrenkundigen in Nature. Is dit de eerste scheur in de rotsvaste overtuiging dat onzichtbare, koude, donkere materie elk sterrenstelsel in ons heelal domineert?
Donkere materie is een dwaalspoor. Dat denkt althans een hele kleine minderheid van de sterrenkundigen (zie ook ‘Het uitgeklede heelal’ in NWT 11 2008, p. 24-31). Deze minderheid heeft nu – met het verband dat Europese sterrenkundigen vonden tussen de verdeling van donkere en zichtbare materie in sterrenstelsels – een extra wapen in handen.
Onderzoekers vonden het ingewikkelde verband door een karakteristieke lengte voor donkere materie in elk sterrenstelsel te kiezen (de lengte waarover de dichtheid van donkere materie tot een kwart van zijn waarde in het centrum van het stelsel is afgenomen). Met die lengte als straal, definieerden zij een bol. En wat bleek? De zwaartekracht veroorzaakt door de zichtbare materie binnen die bol is in elk sterrenstelsel even groot, onafhankelijk van de vormingsgeschiedenis of specifieke eigenschappen.
Donkere materie lijkt, met andere woorden, te ‘weten’ hoe de zichtbare materie verdeeld is (of omgekeerd). “Dat is extreem vreemd”, meent onderzoeker Hongsheng Zhao. Het feit dat het verband onafhankelijk is van de eigenschappen van het sterrenstelsel, maakt de verbazing alleen maar groter. “Het is alsof je bij een verzameling dieren van alle leeftijden en afmetingen vindt dat ze allemaal precies even zware ruggengraten hebben.”
Het zette de wetenschappers aan het denken. Is donkere materie als concept nog wel houdbaar? De rotsvaste overtuiging dat het heelal erg veel onzichtbare, koude, donkere materie bevat, rust op twee belangrijke pijlers. Allereerst draaien sterren in sterrenstelsels zó snel rond dat de middelpuntvliegende kracht ze eigenlijk uit elkaar zou moeten trekken. De oplossing? De introductie van extra zwaartekracht uit onzichtbare, donkere materie die het geheel bij elkaar houdt. De tweede pijler wordt gevormd door de zogenaamde zwaartekrachtslenzen. Zware sterrenstelsels maken volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein namelijk een ‘put’ in de ruimte-tijd. Lichtstralen die zich door de ruimte-tijd bewegen, buigen daardoor af. De waargenomen afbuiging blijkt voor alle stelsels echter hoger dan verwacht. Er moet dus ‘extra’ materie aanwezig zijn die we niet kunnen zien.
Toch zoeken ‘ongelovigen’ de oplossing liever niet in die donkere materie, maar in een kleine aanpassing aan de Newtoniaanse zwaartekrachtswetten (‘Modified Newtonian Dynamics’; MOND). Als je donkere materie echter zomaar kunt ‘vervangen’ door een van gewone materie afhankelijke zwaartekracht, moet er wel een verband bestaan tussen de twee. Dat men dat nu heeft gevonden, is een sterk argument ten faveure van MOND, maar daarmee is men er nog niet. Want hoewel de theorie de problemen rond de rotatie van sterrenstelsels moeiteloos oplost, biedt het vooralsnog geen verklaring voor de te sterke afbuiging bij zwaartekrachtslenzen. “Daarom moet je er wat aan sleutelen”, meent Zhao. “Er zijn veel ‘smaken’ van MOND mogelijk.”
Zhao meent in elk geval dat zijn resultaten ‘klassieke’ donkere materie – zonder interactie met gewone materie – naar de prullenbak verwijzen. Einde verhaal dus? Weg met de donkere materie? Nee, dat toch niet. Zhao: “Een vorm van donkere materie die wél interessante interacties ondergaat, blijft nog altijd een belangrijke mogelijkheid.”
George van Hal
