Al tientallen jaren is donkere materie de meest ongrijpbare geest van het universum. Hoewel het verantwoordelijk is voor maar liefst 85% van alle materie in de kosmos, blijft het onzichtbaar voor onze telescopen, en alleen waarneembaar door de zwaartekracht die het uitoefent op de sterren en sterrenstelsels die we kunnen zien.
Tot nu toe was de heersende wetenschappelijke consensus dat donkere materie ‘koud’ is – wat betekent dat het langzaam beweegt en door zichzelf en andere deeltjes gaat zonder enige interactie. Een nieuwe studie suggereert echter dat dit model mogelijk onvolledig is. Onderzoekers stellen nu een nieuwe kandidaat voor: Self-Interacting Dark Matter (SIDM).
Het concept: een “stotend” universum
Het fundamentele verschil tussen standaard donkere materie en SIDM ligt in hoe de deeltjes zich gedragen. In het traditionele model zijn donkere materiedeeltjes als geesten die door muren heen gaan. In het SIDM-model gedragen ze zich meer als een volle zaal waar mensen elkaar voortdurend tegenkomen.
Volgens het onderzoek onder leiding van Hai-Bo Yu zorgen deze botsingen ervoor dat donkere materiedeeltjes energie kunnen uitwisselen. This process can trigger a phenomenon known as “gravothermal collapse,” where the dark matter particles clump together to form incredibly dense, compact cores. Deze kernen kunnen enorm groot zijn: ruwweg een miljoen keer de massa van onze zon.
Drie kosmische puzzels oplossen
Wat deze theorie bijzonder overtuigend maakt, is haar vermogen om drie verschillende astronomische anomalieën te verklaren die het standaard ‘koude’ donkere materiemodel lange tijd hebben getrotseerd:
- Afwijkingen in de zwaartekrachtlens: Astronomen hebben ultradichte objecten in het verre heelal waargenomen die het licht van verre sterrenstelsels vergroten op manieren die standaard donkere materie niet kan verklaren.
- Het ‘litteken’ van de GD-1-sterrenstroom: Binnen onze eigen Melkweg vertoont een stroom sterren die bekend staat als GD-1 het bewijs dat hij is ‘gescheurd’ door een onzichtbaar, compact object, waardoor een duidelijk structureel litteken achterblijft.
- De Fornax 6-sterrencluster: In een satellietstelsel nabij de Melkweg bestaat een vreemde, compacte sterrenhoop genaamd Fornax 6. Volgens de SIDM-theorie zou een dichte klont donkere materie kunnen fungeren als een zwaartekrachtval, waardoor passerende sterren in een compacte, hechte cluster worden getrokken.
“Wat opvalt is dat hetzelfde mechanisme in drie totaal verschillende omgevingen werkt: in het verre heelal, in ons sterrenstelsel en in een naburig satellietstelsel”, zegt professor Yu.
Waarom dit belangrijk is
Dit onderzoek, gepubliceerd in Physical Review Letters, vertegenwoordigt een potentiële verschuiving in de manier waarop we de architectuur van het universum in kaart brengen. Als donkere materie inderdaad met zichzelf in wisselwerking staat, betekent dit dat de ‘onzichtbare’ steigers van ons universum veel dynamischer en structureel complexer zijn dan eerder werd gedacht.
Door één enkel mechanisme te bieden – zwaartekracht-instorting – om verschijnselen op enorm verschillende schaalniveaus en locaties te verklaren, biedt SIDM een uniforme oplossing voor problemen die ooit geen verband leken te houden.
Conclusie
Als blijkt dat het SIDM-model juist is, zou het ons begrip van donkere materie transformeren van een passieve, spookachtige aanwezigheid in een actieve kracht die in staat is de structuur van sterrenstelsels zelf vorm te geven. Dit zou eindelijk de kloof kunnen overbruggen tussen onze wiskundige modellen en de vreemde, fysieke realiteit die we in de diepe hemel waarnemen.
