Donkere materie blijft grotendeels mysterieus, maar astrofysici blijven proberen dat mysterie open te breken. De ontdekking van zwaartekrachtgolven vorig jaar door de Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) heeft mogelijk een nieuw venster geopend naar het mysterie van de donkere materie. Voer wat bekend staat als 'oorspronkelijke zwarte gaten' in.
Theoretici hebben het bestaan voorspeld van deeltjes die Weakly Interacting Massive Particles (WIMPS) worden genoemd. Deze WIMP's kunnen de donkere materie zijn. Maar het probleem is dat er geen experimenteel bewijs voor is. Het mysterie van donkere materie is nog steeds een open dossier.
Toen LIGO vorig jaar gravitatiegolven ontdekte, hernieuwde het de belangstelling voor een andere theorie die donkere materie probeerde te verklaren. Die theorie zegt dat donkere materie eigenlijk de vorm kan hebben van Primordial Black Holes (PBH's), en niet de eerder genoemde WIMPS.
Primordiale zwarte gaten zijn anders dan de zwarte gaten waar je waarschijnlijk aan denkt. Dat worden stellaire zwarte gaten genoemd en ze vormen zich wanneer een ster die groot genoeg is aan het einde van zijn leven op zichzelf instort. De grootte van deze stellaire zwarte gaten wordt beperkt door de grootte en evolutie van de sterren waaruit ze ontstaan.
In tegenstelling tot stellaire zwarte gaten, zijn primordiale zwarte gaten ontstaan in fluctuaties van materie met hoge dichtheid tijdens de eerste momenten van het heelal. Ze kunnen veel groter of kleiner zijn dan stellaire zwarte gaten. PBH's kunnen zo klein zijn als asteroïden of zo groot als 30 zonsmassa's, zelfs groter. Ze kunnen ook talrijker zijn, omdat ze geen grote massa-ster nodig hebben om te vormen.
Wanneer twee van deze PBH's groter dan ongeveer 30 zonsmassa's samenvloeien, zouden ze de door LIGO gedetecteerde zwaartekrachtgolven creëren. De theorie zegt dat deze oorspronkelijke zwarte gaten zich zouden bevinden in de halo's van sterrenstelsels.
Als er genoeg van deze PBH's van gemiddelde grootte zijn in galactische halo's, zouden ze een effect hebben op het licht van verre quasars terwijl het door de halo gaat. Dit effect wordt ‘microlensing’ genoemd. De microlensing zou het licht concentreren en de quasars er helderder uit laten zien.
Het effect van deze microlensing zou sterker zijn naarmate een PBH meer massa heeft of hoe groter de PBH's in de galactische halo zijn. We kunnen de zwarte gaten natuurlijk niet zien, maar we kunnen de verhoogde helderheid van de quasars zien.
Met deze veronderstelling onderzocht een team van astronomen van het Instituto de Astrofísica de Canarias het microlenseffect op quasars om het aantal primordiale zwarte gaten met tussenliggende massa in sterrenstelsels te schatten.
"De zwarte gaten waarvan het samenvoegen door LIGO werd gedetecteerd, zijn waarschijnlijk gevormd door het ineenstorten van sterren en waren geen oorspronkelijke zwarte gaten." -Evencio Mediavilla
De studie keek naar 24 quasars die door zwaartekracht zijn gelensd, en de resultaten tonen aan dat het normale sterren zoals onze zon zijn die het microlenseffect veroorzaken op verre quasars. Dat sluit het bestaan uit van een grote populatie PBH's in de galactische halo. "Deze studie impliceert", zegt Evencio Mediavilla, "dat het helemaal niet waarschijnlijk is dat zwarte gaten met een massa tussen 10 en 100 keer de massa van de zon een aanzienlijk deel van de donkere materie uitmaken". Om die reden werden de zwarte gaten waarvan het samenvoegen door LIGO werd gedetecteerd, waarschijnlijk gevormd door de ineenstorting van sterren, en waren ze geen oorspronkelijke zwarte gaten ”.
Afhankelijk van je perspectief, beantwoordt dat een aantal van onze vragen over donkere materie of verdiept het alleen het mysterie.
Mogelijk moeten we lang wachten voordat we precies weten wat donkere materie is. Maar de nieuwe telescopen die over de hele wereld worden gebouwd, zoals de European Extremely Large Telescope, de Giant Magellan Telescope en de Large Synoptic Survey Telescope, beloven ons begrip te verdiepen van hoe donkere materie zich gedraagt en hoe deze het heelal vormt.
Het is slechts een kwestie van tijd voordat het mysterie van donkere materie is opgelost.
