Nieuw onderzoek suggereert dat ons begrip van donkere materie – de onzichtbare substantie waaruit het grootste deel van het universum bestaat – fundamenteel gebrekkig kan zijn. Een recent onderzoek naar vervormd sterlicht geeft een sterke voorkeur aan vage donkere materie (FDM) boven de lang dominante theorie van koude donkere materie (CDM), waarmee tientallen jaren van kosmologische aannames ter discussie worden gesteld.
De donkere materie-puzzel
Natuurkundigen vertrouwen al jaren op CDM als de belangrijkste verklaring voor donkere materie: langzaam bewegende, zwak op elkaar inwerkende deeltjes die de zwaartekrachtstructuur van sterrenstelsels vormen. CDM wordt echter geconfronteerd met aanhoudende uitdagingen bij het verklaren van afwijkingen die worden waargenomen in galactische rotatiecurven en het gedrag van dwergstelsels. Deze discrepanties hebben wetenschappers ertoe aangezet alternatieve modellen te onderzoeken, waaronder donkere materie die met zichzelf interageert en de radicalere FDM.
Dit is van belang omdat donkere materie dicteert hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren. Als onze modellen er naast zitten, geldt dat ook voor onze berekeningen van het verleden, het heden en de toekomst van het universum.
Zwaartekrachtlensing onthult nieuwe aanwijzingen
De studie, gepubliceerd op de preprint-server arXiv, analyseerde zwaartekrachtlenzen – het buigen van licht rond massieve objecten – om de verdeling van donkere materie in kaart te brengen. Door te observeren hoe licht vervormt vanuit verre sterrenstelsels, testten onderzoekers drie toonaangevende theorieën: CDM, zelfinteragerende donkere materie en FDM.
De resultaten waren doorslaggevend: de gegevens waren sterk in het nadeel van modellen voor gladde donkere materie op basis van CDM en zelfinteractie. In plaats daarvan kwamen de lenspatronen het meest overeen met de voorspellingen van FDM. Dit suggereert dat donkere materie misschien niet bestaat uit afzonderlijke deeltjes, maar eerder uit een kwantummist van ultralichte golven.
Drie smaken van duisternis
De leidende theorieën over donkere materie kunnen als volgt worden samengevat:
- Cold Dark Matter (CDM): Kleine, langzaam bewegende deeltjes die dichte klonten (“halo’s”) vormen die sterrenstelsels verankeren.
- Zelfinteragerende donkere materie: CDM-deeltjes met een lichte plakkerigheid, waardoor dichte gebieden worden gladgestreken en de ineenstorting van de galactische wereld wordt veranderd.
- Fuzzy Dark Matter (FDM): Een kwantumgolf van ultralichte deeltjes, die golvende, minder gedefinieerde structuren creëert.
Implicaties voor de kosmologie
Indien bevestigd, heeft deze ontdekking diepgaande implicaties. FDM impliceert dat donkere materie zich gedraagt als een kwantumveld in plaats van als een verzameling deeltjes. Dit zou een aanzienlijke herziening vereisen van de huidige kosmologische modellen, die grotendeels afhankelijk zijn van CDM.
De hamvraag is nu hoe FDM interageert met reguliere materie, en wat de aard van deze exotische deeltjes werkelijk is. Verder onderzoek en peer review zullen van cruciaal belang zijn om deze bevindingen te valideren.
“Lange tijd was CDM de hoofdverdachte. Maar de aanwijzingen, vooral die van gebogen sterrenlicht, kloppen niet helemaal.”
Het universum is misschien vager dan we dachten, en ons begrip van de fundamentele bouwstenen ervan verandert.
