Nieuw licht op raadselachtige donkere materie

Een internationaal team van astronomen heeft een onverwacht verband gevonden tussen de donkere materie en de zichtbare sterren in sterrenstelsels. Deze ontdekking kan verstrekkende gevolgen hebben en zelfs leiden tot herziening van ons begrip van de zwaartekracht. 1 oktober publiceren ze hun ontdekking in ‘Nature’.

Een internationaal team van astronomen heeft een onverwacht verband gevonden tussen de donkere materie en de zichtbare sterren in sterrenstelsels. Deze ontdekking kan verstrekkende gevolgen hebben en zelfs leiden tot herziening van ons begrip van de zwaartekracht. 1 oktober publiceren ze hun ontdekking in ‘Nature’.


Afbeelding: Een spiraalstelsel. De donkere materie in en rond dit stelsel ‘weet’ hoe de sterren verdeeld zijn. © Conejero, Misti & Mazlin.

Zwaartekracht
De materie in sterrenstelsels wordt bijeengehouden door zwaartekracht. De sterren in sterrenstelsels bewegen echter zo snel dat een extra kracht nodig is om ze bijeen te houden – de zwaartekracht van een hypothetische halo van onzichtbare donkere materie. Deze donkere materie oefent zoveel kracht uit dat ze zelfs de totale massa van sterrenstelsels moet domineren.

Wisselwerking
Men gaat ervan uit dat de donkere materie alleen door zwaartekracht invloed uitoefent op de gewone materie waaruit ook wij bestaan. Maar de nieuwe waarnemingen wijzen erop dat de wisselwerking tussen donkere en gewone materie veel complexer is. De donkere materie lijkt te ‘weten’ hoe de zichtbare materie verdeeld is. Donkere en zichtbare materie lijken zodanig samen te werken dat de gemiddelde zwaartekracht van de zichtbare materie binnen een karakteristieke straal van de donkere halo altijd hetzelfde is.

Onzichtbare hand
Dr. Hongsheng Zhao, gastmedewerker van de Universiteit Leiden, vertelt: ‘Het patroon dat we hebben ontdekt is heel vreemd, alsof je in een dierentuin ontdekt dat dieren van allerlei verschillende soorten allemaal een even zware schedel hebben. Het is mogelijk dat een onbekende nieuwe kracht als een onzichtbare hand van invloed is op de donkere materie, en op alle sterrenstelsels dezelfde vingerafdruk achterlaat. Zo’n kracht zou zelfs het raadsel van de donkere energie, waardoor de expansie van het heelal wordt gedomineerd, kunnen oplossen.’

Radicalere oplossing
Dr. Benoit Famaey, van de universiteiten van Bonn en Straatsburg vult aan: ‘Een radicalere oplossing bestaat uit een bijstelling van de wetten van de zwaartekracht, zodat het bestaan van donkere materie slechts schijn zou zijn, ten gevolge van een afwijking van de wetten van de zwaartekracht van Newton en Einstein. Maar zulke theorieën hebben weer hun eigen problemen op kosmische schaal.’ Dr. Gianfranco Gentile, van de universiteiten van Gent en Brussel en leider van de samenwerking, concludeert: ‘Het oplossen van dit raadsel vormt wellicht een van de sleutels tot het begrijpen van de vorming, de evolutie en de structuur van sterrenstelsels in de geschiedenis van onze kosmos.’

Het onderzoek van Zhao in Leiden wordt ondersteund door subsidies van NWO en FOM.

(30 september 2009/SH)