De verdeling van donkere materie in het heelal lijkt 10 procent gladder dan gedacht. Mogelijk haalt dat ons begrip van de evolutie van de kosmos overhoop.
Vorige week maakten wetenschappers de resultaten bekend van de zevenjarige Kilo-Degree Survey (KiDS). Daarbij gebruikten astronomen de Very Large Telescope in Chili om meer dan 30 miljoen sterrenstelsels waar te nemen, tot 10 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd. Deze resultaten, binnenkort te verschijnen in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics, bevestigen eerdere indicaties met betrekking tot de spreiding van donkere materie.
‘Het heelal lijkt minder klonterig dan de beste theorie van het universum die we op het moment hebben suggereert’, zegt astrofysicus Catherine Heymans van de Universiteit van Edinburgh in Schotland, die het onderzoek leidde. ‘Dat zou erop wijzen dat we iets daarbuiten nog niet helemaal begrijpen.’
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Hoogste nauwkeurigheid tot nu toe
Na de oerknal, 13,7 miljard jaar geleden, maakte ons heelal een periode door van inflatie en uitdijing. Die liet zijn sporen na in de vorm van warmte die we vandaag de dag nog steeds kunnen waarnemen: de kosmische achtergrondstraling. Die laat zien hoe materie over het heelal is verdeeld.
Een aantal studies naar donkere materie van de afgelopen paar jaar heeft echter een discrepantie laten zien tussen de kosmische achtergrondstraling en de gemeten verdeling van donkere materie, waar 85 procent van de massa in het heelal uit bestaat. Het KiDS-resultaat vormt meer bewijsmateriaal voor die discrepantie.
Bij de KiDS-studie onderzochten astronomen het licht dat wordt afgebogen door de zwaartekracht die donkere materie uitoefent, in zo’n 5 procent van het waarneembare heelal. Deze informatie combineerden ze met waarnemingen van de clustering van sterrenstelsels uit een andere studie: de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey. Zo verkregen ze een precieze meting van de verdeling van donkere materie.
Hoewel er vergelijkbare onderzoeken zijn gedaan, onderscheidt deze laatste studie zich door zijn hoge nauwkeurigheid, zegt kosmoloog Alan Heavens van Imperial College London. ‘Het zijn de meest accurate resultaten die tot nu toe zijn gepubliceerd.’
Nieuwe fundamentele fysica?
Als de bevindingen kloppen, zouden ze grote gevolgen kunnen hebben. Misschien werkt de zwaartekracht op grote schaal anders dan gedacht. Materie zou dan trager richting regionen van het heelal met een hoge dichtheid vallen dan Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt. Ook kan het zo zijn dat we donkere energie, die ons heelal versneld zou laten uitdijen, allesbehalve volledig begrijpen.
‘Een discrepantie als deze zou je niet verwachten op grond van ons fysische model van het universum’, zegt natuur- en sterrenkundige Elisabeth Krause van de Universiteit van Arizona. ‘We weten nog niet of het modelleren van systematische effecten een verklaring oplevert. Anders zou er sprake kunnen zijn van nieuwe fundamentele fysica.’
Er zijn waarneemprojecten op komst, zoals de internationale Dark Energy Survey, die meer relevante data zouden moeten bevatten. En niet iedereen is overtuigd van de bevindingen. ‘Het is zo’n intrigerend resultaat dat op zichzelf niet genoeg is om alles overhoop te willen gooien’, zegt Heavens.
Weer een scheurtje
Maar als andere onderzoeken wijzen op een vergelijkbare ‘gladheid’ van donkere materie, dan zou dat de weg kunnen wijzen naar interessante nieuwe natuurkunde. ‘Het is weer een scheurtje in het huidige model’, zegt Heymans. ‘We zitten in de buurt van het moment waarop we ons er echt ongemakkelijk bij gaan voelen.’
