Donkere materie kan door geen van onze instrumenten worden gezien of gedetecteerd, dus hoe weten we of het echt bestaat?
Stel je voor dat het universum een taart was en je zou het in smakelijke porties snijden, in overeenstemming met welke verhoudingen wat zijn. Het grootste deel van de taart, 68%, zou naar donkere energie gaan, die mysterieuze kracht die de uitdijing van het heelal versnelt. 27% zou naar donkere materie gaan, de mysterieuze materie die sterrenstelsels omringt en die alleen via de zwaartekracht in wisselwerking staat. Slechts 5% van deze taart zou naar gewone normale materie gaan, het spul waaruit sterren, planeten, gas, stof en mensen zijn gemaakt.
Donkere materie heeft deze naam gekregen omdat het op geen enkele manier lijkt te interageren met gewone materie. Het botst er niet mee of neemt er geen energie van op. We kunnen het niet zien of detecteren met een van onze instrumenten. We weten alleen dat het er is omdat we het effect van de zwaartekracht kunnen zien.
Nu zou je kunnen zeggen, als we niet weten wat dit ding is, en we het niet kunnen detecteren. Hoe weten we of het er eigenlijk is? Is het er waarschijnlijk niet, zoals draken? Hoe weten we dat donkere materie eigenlijk bestaat, terwijl we geen idee hebben wat het eigenlijk is?
Oh, het is daar. In feite is vrijwel alles wat we weten dat het bestaat. Donkere materie werd in de jaren dertig voor het eerst getheoretiseerd door Fritz Zwicky om de beweging van sterrenstelselclusters te verklaren, maar de moderne berekeningen werden gemaakt door Vera Rubin in de jaren zestig en zeventig. Ze berekende dat sterrenstelsels sneller draaien dan zou moeten. Zo snel dat ze zichzelf zouden verscheuren als een draaimolen die kinderen uitwerpt.
Rubin stelde zich voor dat elk sterrenstelsel vastzat in een enorme halo van donkere materie die de zwaartekracht leverde om het sterrenstelsel bij elkaar te houden. Maar er was geen manier om dit spul daadwerkelijk te detecteren, dus stelden astronomen andere modellen voor. Misschien werkt de zwaartekracht niet zoals we denken dat het op grote afstanden werkt.
Maar de laatste jaren zijn astronomen steeds beter geworden in het detecteren van donkere materie, puur door het effect van de zwaartekracht op het pad dat licht aflegt als het het heelal doorkruist. Terwijl licht door een gebied met donkere materie reist, wordt het pad verstoord door zwaartekracht. In plaats van een rechte lijn te nemen, wordt het licht heen en weer gebogen, afhankelijk van hoeveel donkere materie er doorheen gaat.
En hier is het geweldige deel. Astronomen kunnen vervolgens gebieden met donkere materie aan de hemel in kaart brengen door alleen naar de vervormingen in het licht te kijken en vervolgens achteruit te werken om erachter te komen hoeveel tussenliggende donkere materie er zou moeten zijn om het te veroorzaken.
Deze technieken zijn zo geavanceerd geworden dat astronomen ongebruikelijke situaties hebben ontdekt waarin sterrenstelsels en hun donkere materie van elkaar zijn verwijderd. Of sterrenstelsels met donkere materie die niet genoeg gas hebben om sterren te vormen. Het zijn gewoon gigantische klodders donkere materie. Astronomen gebruiken zelfs donkere materie als zwaartekrachtlenzen om verder weg gelegen objecten te bestuderen. Ze hebben geen idee wat donkere materie is, maar ze kunnen het toch als telescoop gebruiken.
Ze hebben nog nooit een deeltje van donkere materie gevangen en hebben ze niet in het laboratorium bestudeerd. Een van de volgende taken van de Large Hadron Collider zal zijn om te proberen deeltjes te genereren die overeenkomen met de kenmerken van donkere materie zoals we die begrijpen. Zelfs als de LHC geen donkere materie creëert, zal het de huidige theorieën helpen verfijnen, en hopelijk helpen natuurkundigen zich te concentreren op de ware aard van dit mysterie.
Zo werkt wetenschap. Iemand merkt iets ongewoons op en dan stellen mensen theorieën voor om het uit te leggen. De theorie die het beste overeenkomt met de werkelijkheid wordt als correct beschouwd. We leven in een moderne wereld, waar al honderden wetenschappelijke theorieën al honderden jaren bewezen zijn: ziektekiemen, zwaartekracht, evolutie, enz. Maar met donkere materie leef je in een tijd waarin dit een mysterie is. En als we geluk hebben, zien we dat het tijdens ons leven is opgelost. Of misschien is er toch geen donkere materie en gaan we iets totaal nieuws leren over ons universum. Wetenschap, het is allemaal aan jou.
Wat denk je dat donkere materie is? Vertel het ons in de reacties hieronder.
Podcast (audio): downloaden (duur: 4:46 - 4,4 MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): downloaden (duur: 5:09 - 60,1 MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
