Dark Matter is al een mysterie sinds het voor het eerst werd voorgesteld. Naast het zoeken naar enig direct bewijs van het bestaan ervan, hebben wetenschappers de afgelopen decennia ook theoretische modellen ontwikkeld om uit te leggen hoe het werkt. In de afgelopen jaren was de populaire opvatting dat Dark Matter 'koud' is en in bosjes verspreid is over het hele universum, een waarneming die wordt ondersteund door de Planck-missiegegevens.
Een nieuwe studie van een internationaal team van onderzoekers schetst echter een ander beeld. Met behulp van gegevens van de Kilo Degree Survey (KiDS), bestudeerden deze onderzoekers hoe het licht afkomstig van miljoenen verre sterrenstelsels werd beïnvloed door de zwaartekrachtsinvloed van materie op de grootste schaal. Wat ze ontdekten was dat Dark Matter soepeler door de ruimte lijkt te worden verspreid dan eerder werd gedacht.
De KiDS-enquête heeft de afgelopen vijf jaar de VLT Survey Telescope (VST) gebruikt - de grootste telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla Paranal in Chili - om 1500 vierkante graden van de zuidelijke nachtelijke hemel te onderzoeken. Dit volume van de ruimte is gecontroleerd in vier banden (UV, IR, groen en rood) met behulp van zwakke zwaartekrachtlenzen en fotometrische roodverschuivingsmetingen.
In overeenstemming met Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie, houdt gravitatielensing in dat wordt onderzocht hoe het gravitatieveld van een massief object licht zal buigen. Ondertussen probeert roodverschuiving de snelheid te meten waarmee andere sterrenstelsels zich van de onze verwijderen, door de mate te meten waarin hun licht naar het rode uiteinde van het spectrum wordt verschoven (d.w.z. de golflengte wordt langer naarmate de bron sneller weggaat).
Gravitational lensing is vooral handig om te bepalen hoe het universum is ontstaan. Ons huidige kosmologische model, bekend als het Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM) -model, stelt dat Dark Energy verantwoordelijk is voor de late versnelling in de uitdijing van het heelal, en dat Dark Matter bestaat uit massieve deeltjes die verantwoordelijk zijn voor kosmologische structuurvorming.
Met behulp van een kleine variatie op deze techniek die bekend staat als kosmische zeeg, bestudeerde het onderzoeksteam licht van verre sterrenstelsels om te bepalen hoe het wordt vervormd door de aanwezigheid van de grootste structuren in het heelal (zoals superclusters en filamenten). Zoals Dr. Hendrik Hildebrandt - een astronoom van het Argelander Institute for Astronomy (AIfA) en de hoofdauteur van de paper - Space Mail via e-mail vertelde:
“Meestal denk je aan één grote massa als een cluster van sterrenstelsels die deze lichtafbuiging veroorzaakt. Maar er is ook materie in het hele universum. Het licht van verre sterrenstelsels wordt continu afgebogen door deze zogenaamde grootschalige structuur. Dit resulteert in sterrenstelsels die dicht bij de hemel staan en in dezelfde richting "wijzen". Het is een klein effect, maar het kan worden gemeten met statistische methoden uit grote monsters van sterrenstelsels. Als we hebben gemeten hoe sterk sterrenstelsels in dezelfde richting "wijzen", kunnen we hieruit de statistische eigenschappen van de grootschalige structuur afleiden, b.v. de gemiddelde materiedichtheid en hoe sterk de materie is samengeklonterd / geclusterd. ”
Met behulp van deze techniek heeft het onderzoeksteam een analyse van 450 vierkante graden KiDS-gegevens uitgevoerd, wat overeenkomt met ongeveer 1% van de hele lucht. Binnen dit volume van de ruimte observeerden de waargenomen hoe het licht afkomstig van ongeveer 15 miljoen sterrenstelsels in wisselwerking stond met alle materie die tussen hen en de aarde ligt.
Door de extreem scherpe beelden van VST te combineren met geavanceerde computersoftware, kon het team een van de meest nauwkeurige metingen ooit uitvoeren van kosmische afschuiving. Interessant genoeg waren de resultaten niet consistent met die van de ESA-missie Planck, die tot nu toe de meest uitgebreide kaart van het heelal is geweest.
De Planck-missie heeft wonderbaarlijk gedetailleerde en nauwkeurige informatie opgeleverd over de kosmische microgolfachtergrond (CMB). Dit heeft astronomen geholpen om het vroege heelal in kaart te brengen en om theorieën te ontwikkelen over hoe materie in deze periode werd verspreid. Zoals Hildebrandt uitlegde:
“Planck meet vele kosmologische parameters met voortreffelijke precisie aan de temperatuurschommelingen van de kosmische microgolfachtergrond, d.w.z. fysieke processen die 400.000 jaar na de oerknal plaatsvonden. Twee van die parameters zijn de gemiddelde materiedichtheid van het heelal en een maat voor hoe sterk deze materie klontert. Met kosmische schuifkracht meten we ook deze twee parameters, maar een veel latere kosmische tijd (een paar miljard jaar geleden of ~ 10 miljard jaar na de oerknal), dat wil zeggen in ons meer recente verleden. ”
Hildebrandt en zijn team vonden echter waarden voor deze parameters die significant lager waren dan die van Planck. Kortom, hun kosmische afschuifresultaten suggereren dat er minder materie in het heelal is en dat het minder geclusterd is dan wat de Planck-resultaten voorspelden. Deze resultaten zullen de komende jaren waarschijnlijk van invloed zijn op kosmologische studies en theoretische fysica.
Zoals het er nu uitziet, blijft Dark Matter niet detecteerbaar met behulp van standaardmethoden. Net als zwarte gaten kan het bestaan ervan alleen worden afgeleid uit de waarneembare gravitatie-effecten die het heeft op zichtbare materie. In dit geval worden de aanwezigheid en de fundamentele aard ervan gemeten aan de hand van hoe het de evolutie van het heelal in de afgelopen 13,8 miljard jaar heeft beïnvloed. Maar aangezien de resultaten tegenstrijdig lijken, moeten astronomen nu misschien een aantal van hun eerdere opvattingen heroverwegen.
'Er zijn verschillende opties: omdat we de dominante ingrediënten van het heelal (donkere materie en donkere energie) niet begrijpen, kunnen we spelen met de eigenschappen van beide', zegt Hildebrandt. "Verschillende vormen van donkere energie (complexer dan de eenvoudigste mogelijkheid, namelijk de" kosmologische constante "van Einstein) zouden bijvoorbeeld onze metingen kunnen verklaren. Een andere opwindende mogelijkheid is dat dit een teken is dat de wetten van de zwaartekracht op de schaal van het heelal verschillen van de algemene relativiteitstheorie. Voorlopig kunnen we alleen maar zeggen dat er iets niet klopt! '
