Astronomen leiden het bestaan van de onzichtbare deeltjes af uit onder meer de hoge draaisnelheid van sterrenstelsels: zonder extra zwaartekracht zouden die uit elkaar vliegen.
Astronomen leiden het bestaan van de onzichtbare deeltjes af uit onder meer de hoge draaisnelheid van sterrenstelsels: zonder extra zwaartekracht zouden die uit elkaar vliegen. © ESO

Theorie over donkere materie opnieuw in twijfelachtig daglicht door nieuwe metingen

Sterrenkundigen zijn al decennia overtuigd van het bestaan van donkere materie. De hoge draaisnelheid van sterrenstelsels zou hierop wijzen. Recente metingen zetten de theorie echter opnieuw in een twijfelachtig daglicht.

Het zijn sombere tijden voor donkere materie. Volgens astronomen moet het heelal vol zitten met het mysterieuze, onzichtbare spul. Natuurkundigen hebben echter nooit één donkere-materiedeeltje gevonden. Een nieuwe publicatie van Italiaanse wetenschappers zaagt nu opnieuw aan de stoelpoten van de gevestigde theorieën.

Donkere materie oefent wel zwaartekracht uit op de omgeving, maar vertoont verder geen wisselwerking met 'gewone' materie, is het idee. Astronomen leiden het bestaan van de onzichtbare deeltjes af uit onder meer de hoge draaisnelheid van sterrenstelsels: zonder extra zwaartekracht zouden die uit elkaar vliegen.

Omdat donkere materie zulke andere eigenschappen heeft dan gewone materie, verwacht je ook dat het duistere goedje anders is verdeeld. Toch blijkt uit metingen van draaisnelheden van grote sterrenstelsels dat donkere materie vaak dezelfde verdeling vertoont als gewone materie. Het is een beetje alsof spreeuwenzwermen vooral te vinden zijn boven files op de snelweg, terwijl de vogels toch geen last hebben van wegwerkzaamheden.

Dwergstelseltjes

Ik vind het opvallend dat veel mensen dit soort resultaten zomaar naast zich neerleggen

Erik Verlinde, natuurkundige

Paolo Salucci en Ekaterina Karukes van de International School for Advanced Studies in Triëst vinden datzelfde raadselachtige verband nu ook in kleine dwergstelseltjes. Dat zijn een soort miniversies van ons eigen Melkwegstelsel, die duizenden malen zo weinig sterren tellen. Uit hun draaisnelheden blijkt dat de dwergstelsels verhoudingsgewijs heel veel donkere materie moeten bevatten. En opnieuw is die op dezelfde wijze verdeeld als de (spaarzame) zichtbare materie.

'Juist voor zulke kleine stelseltjes, die grotendeels uit donkere materie bestaan, is dit met de bestaande theorieën niet te verklaren,' zegt Salucci over de telefoon. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het Britse tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Volgens sommige onderzoekers, zoals de Amsterdamse natuurkundige Erik Verlinde, vormt de publicatie de zoveelste nagel aan de doodskist van donkere materie. 'Ik vind het opvallend dat veel mensen dit soort resultaten zomaar naast zich neerleggen,' zegt hij. Verlinde publiceerde onlangs een compleet nieuwe theorie (zonder donkere materie), waarin zwaartekracht geen echte kracht is, maar het gevolg van de herrangschikking van informatie in een uitdijend heelal. 'Mijn theorie is wél goed in overeenstemming met de metingen aan dwergstelseltjes.'

Ruimtetelescoop Fermi

Ook NASA's ruimtetelescoop Fermi heeft geen vingerafdrukken van donkere materie gevonden, blijkt uit nieuwe metingen. De meeste theorieën voorspellen dat donkere-materiedeeltjes energierijke gammastraling uitzenden als ze met elkaar in botsing komen en elkaar annihileren. Fermi zou die gammastraling moeten zien. Volgens een onderzoeksgroep onder leiding van de Amsterdamse natuurkundige Mattia Fornasa blijkt daar echter niets van.

Hetzelfde geldt overigens voor andere alternatieve ideeën, zoals MOND (MOdified Newtonian Dynamics). Volgens MOND gedraagt de zwaartekracht zich anders dan algemeen wordt aangenomen, vooral wanneer het gaat om zwakke zwaartekrachtvelden. Ook op die manier zijn de hoge draaisnelheden van sterrenstelsels te verklaren. 'Wat Salucci en Karukes gevonden hebben, klopt precies met de voorspellingen van MOND,' zegt de Groningse astronoom Bob Sanders.

Sanders' medestander Stacy McGaugh van Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio, bevestigt dat de Italiaanse resultaten goed met MOND te verklaren zijn. 'In elk geval stroken ze niet met de standaardtheorieën over donkere materie. Maar er zijn natuurlijk ook andere verklaringen mogelijk. Misschien moeten we inderdaad naar een compleet nieuw model van de zwaartekracht, of heeft donkere materie toch hele andere eigenschappen dan gedacht.'

Salucci denkt zelf vooral in die laatste richting. In alternatieve theorieën heeft hij vooralsnog weinig vertrouwen. 'Die bieden mijns inziens geen goede verklaring voor de huidige structuur van het heelal, met sterrenstelsels en clusters,' zegt hij. 'Dat lukt eigenlijk alleen maar met donkere materie.' Wel denkt hij dat de gangbare ideeën daarover van tafel moeten. Hoe het dan wél zit, weten hij en Karukes ook niet. Aan het eind van hun artikel schrijven ze dat donkere materie vooral gezien moet worden als een 'directe manifestatie van een van de uitzonderlijkste mysteries van het heelal.'