Wetenschappers intensiveren de zoektocht naar donkere materie, de onzichtbare substantie die 85% van de massa van het universum uitmaakt, door de energie-emissies van enorme clusters van sterrenstelsels te analyseren. Het doel is om zwakke kenmerken van rottende donkere materiedeeltjes te detecteren, waardoor mogelijk hun ware aard wordt onthuld. Dit onderzoek gaat niet alleen over het identificeren van een ontbrekend stukje van de kosmos; het gaat over het testen van fundamentele theorieën van de deeltjesfysica en het begrijpen hoe de grootschalige structuren van het universum zijn ontstaan.
De uitdaging van onzichtbare materie
Donkere materie blijft een van de grootste mysteries in de moderne kosmologie. In tegenstelling tot gewone materie heeft het geen interactie met licht, waardoor het onzichtbaar is voor telescopen. Dit heeft ertoe geleid dat natuurkundigen een reeks exotische deeltjes hebben voorgesteld die verder gaan dan het standaardmodel: deeltjes die over miljarden jaren kunnen vervallen, waarbij daarbij energie vrijkomt. Als deze deeltjes wel vervallen, kunnen de resulterende emissies detecteerbaar zijn als röntgenstraling, gammastraling of zelfs stromen van ongrijpbare neutrino’s.
Nieuwe hulpmiddelen voor een oude jacht
Eerdere pogingen om deze vervalsignaturen te vinden, waren met beperkte nauwkeurigheid gebaseerd op oudere detectoren. De X-ray Imaging and Spectroscopie Mission (XRISM) van NASA biedt echter een nieuw voordeel: spectroscopie met hoge energieresolutie. Hierdoor kunnen wetenschappers onderscheid maken tussen bekende atomaire emissies en potentieel zwakke, ongeïdentificeerde lijnen die op het verval van donkere materie kunnen duiden. Door drie maanden aan XRISM-gegevens te combineren, verfijnen onderzoekers nu de zoektocht naar deze veelbetekenende signalen in clusters van sterrenstelsels, die rijk zijn aan donkere materie en goed worden begrepen in termen van hun massadistributie.
Steriele neutrino’s als hoofdverdachten
Een belangrijke kandidaat voor donkere materie is het ‘steriele neutrino’, een hypothetisch deeltje dat alleen via zwaartekracht met materie in wisselwerking staat. In tegenstelling tot de drie bekende neutrinotypen kunnen steriele neutrino’s vervallen in fotonen, waardoor een detecteerbare röntgensignatuur ontstaat. De huidige studie biedt de sterkste beperkingen tot nu toe voor het verval van steriele neutrino’s binnen het bereik van 5 tot 30 kilo-elektronvolt. Hoewel ze qua populariteit nog steeds achterlopen op Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), krijgen steriele neutrino’s en andere alternatieve kandidaten voor donkere materie steeds meer aandacht, omdat experimenten geen bewijs van WIMPs blijven vinden.
De toekomst van detectie van donkere materie
De jacht op het verval van donkere materie is nog lang niet voorbij. Wetenschappers zijn van plan de komende vijf tot tien jaar XRISM-gegevens te blijven analyseren, in de hoop het bestaan van rottende deeltjes te bevestigen of de grenzen van hun eigenschappen verder te verfijnen. De inzet is hoog; als dit wordt ontdekt, zou dit niet alleen de aard van donkere materie onthullen, maar ook nieuwe wegen openen voor het begrijpen van de verborgen componenten van het universum en de evolutie ervan.
De zoektocht naar het verval van donkere materie is een bewijs van de wetenschappelijke methode, waarbij zelfs de afwezigheid van bewijs waardevol kan zijn bij het verfijnen van theorieën en het verkleinen van de mogelijkheden.
