Wat is donkere materie?
Donkere materie is een soort materie die bestaat uit kleine deeltjes die geen interactie hebben met gewone materie en geen elektromagnetische straling uitzenden. Dit betekent dat ze geen licht kunnen genereren, reflecteren of absorberen. Om deze reden is donkere materie transparant en niet met het blote oog te zien.
Onthoud dat als we het over materie hebben, we verwijzen naar elk lichaam of materiaal dat een plaats in de ruimte inneemt en massa en volume heeft. Donkere materie voldoet aan deze kenmerken, ook al is het niet mogelijk om het te zien.
Dus als donkere materie transparant is, hoe weten we dan dat het bestaat? Het bestaan ervan is bekend vanwege de effecten die het in het universum veroorzaakt, zoals de verplaatsing van sterren of de vervorming van het licht dat ze uitstralen. Er wordt aangenomen dat zowel verschijnselen als andere kunnen worden beïnvloed door donkere materie.
De studie van donkere materie is van het grootste belang, omdat het ons in staat zou stellen de werking van stellaire structuren te begrijpen. Het zou ook helpen om te ontcijferen wat er gebeurde tijdens het eerste moment waarop het universum werd gevormd, beter bekend als de oerknal.
Samenstelling van donkere materie
Hoewel het bestaan van donkere materie een door de wetenschap bewezen feit is, is het niet erg duidelijk waaruit het bestaat. Wat wel bekend is, is dat donkere materie niet bestaat uit protonen of neutronen (baryonische materie). Dan ontstaat het bestaan van twee fundamentele componenten:
Niet-baryonische materie (WIMP's)
Niet-baryonische materie zou bestaan uit de zogenaamde Weak Interaction Massive Particles, beter bekend als WIMP's (uit het Engels, zwak interagerende massieve deeltjes). Het zijn deeltjes kleiner dan een atoom en kunnen door de zwaartekracht in wisselwerking treden met zichtbare materie.
Hun bestaan is hypothetisch en men gelooft dat als ze zouden bestaan, ze erg koud zouden zijn, een grote hoeveelheid massa zouden hebben en heel langzaam zouden bewegen.
MACHO's
De massieve objecten van de galactische halo of MACHO's (uit het Engels Massief astrofysisch compact halo-object) bestaan uit rondzwervende planeten, mislukte sterren en zwarte gaten, gebieden in de ruimte met een grote zwaartekracht.
Hoewel het mogelijk is dat ze deel uitmaken van donkere materie, zou hun aandeel zeer laag zijn ten opzichte van WIMP's.
Zie ook Materie
Hoe werd donkere materie ontdekt?
Donkere materie was in principe slechts een theorie. In 1933 opperde de Zwitserse astronoom en natuurkundige Fritz Zwicky de mogelijkheid dat er een soort niet-detecteerbare materie was die de bewegingen zou kunnen beïnvloeden die plaatsvinden in een cluster van sterrenstelsels genaamd Coma.
Een cluster is een verzameling sterren die elkaar aantrekken vanwege hun zwaartekracht. En Zwicky ontdekte, door toepassing van de wetenschappelijke methode, dat de totale massa van het bestudeerde cluster ongeveer 400 keer groter was dan wat was berekend. Om deze reden concludeerde hij dat er een soort niet-zichtbare materie was die extra massa aan deze hele groep sterren toevoegde.
In de jaren zeventig ontdekte de astronoom Vera Rubin dat de sterren in het Andromedastelsel met dezelfde snelheid bewogen, ongeacht hun locatie. Deze uniformiteit in snelheid suggereerde dat er iets anders was van een niet-zichtbaar karakter dat massa aan deze sterren toevoegde.
Rubin's bijdrage was essentieel bij het leggen van de basis voor het bestaan van donkere materie, wat keer op keer werd bewezen met verschillende waarnemingen. Een van de belangrijkste was de ontdekking in 2005 van het sterrenstelsel VIRGOHI21, dat bijna geheel uit donkere materie bestaat.
In 2021 werd de meest gedetailleerde kaart van de verdeling van donkere materie verkregen, gemaakt door de Víctor M. Blanco-telescoop in Chili. De kaart laat zien dat donkere materie veel wijdverspreider is in het heelal dan aanvankelijk werd aangenomen, wat nieuwe benaderingen opent op het gebied van astronomie en natuurkunde.
Hoe wordt donkere materie waargenomen?
Omdat donkere materie eigenlijk transparant is, is er geen directe waarnemingsmethode die het bestaan ervan gemakkelijk kan bewijzen. Er zijn echter andere methoden. De meest gebruikte zijn:
Zwaartekrachtlenzen
Een zwaartekrachtlens is een fenomeen dat optreedt wanneer licht van een zeer ver sterrenlichaam wordt vervormd in de aanwezigheid van een ander massief lichaam, zoals een melkwegstelsel, een planeet, de zon, enz.
De meting van deze vervorming, die de vorm heeft van een curve, wordt gebruikt om de massa te bepalen van het object dat deze heeft veroorzaakt. De overeenkomst tussen massa en helderheid kan wijzen op de aanwezigheid van donkere materie, want hoe hoger de helderheid, hoe meer donkere materie het bestudeerde lichaam bevat.
Gammastraling telescopen
In het centrum van de Melkweg, onze melkweg, bevindt zich een zeer intense halo van licht, samengesteld uit gammastralen, de Overmaat GeV van het Galactische Centrum genaamd. En die halo wordt verondersteld te worden gegenereerd door donkere materie die zichzelf vernietigt.
Hoewel donkere materie geen licht kan uitzenden of reflecteren, bestaat er een hypothese dat de botsing van twee donkere materiedeeltjes de emissie van gammastraling op een zeer zwakke schaal zou kunnen genereren. Dit resultaat wordt "donkere materie annihilatie" genoemd.
Gammastraling-telescopen brengen het heelal in kaart op zoek naar de bron die dit soort helderheid veroorzaakt en men vermoedt dat bij het vinden van gammastraling ook donkere materie wordt gevonden. De meest bekende is de Fermi Gamma Ray-ruimtetelescoop.
Donkere energie
Hoewel ze als synoniemen kunnen worden verward, zijn donkere materie en donkere energie twee verschillende concepten.
Donkere energie is een vorm van energie die in de ruimte bestaat en die zo'n afstotende druk uitoefent dat het het effect van de zwaartekracht tegengaat en bijdraagt aan de versnelde uitdijing van het heelal.
Donkere energie maakt bijna 70% uit van de massa in de ruimte, maar net als donkere materie is er nog veel onbekend over de functie en samenstelling ervan.
Zowel donkere energie als donkere materie bestaan naast elkaar in het universum, maar het zijn twee onafhankelijke fenomenen.
Zie ook:
- Universum
- Melkweg
- heelal
