Al bijna een eeuw lang hebben wetenschappers het bestaan van donkere materie afgeleid – een onzichtbare substantie die ongeveer 85% van de massa van het universum uitmaakt. Nu suggereert onderzoek onder leiding van Tomonori Totani aan de Universiteit van Tokio de eerste directe observatie van zijn aanwezigheid met behulp van NASA’s Fermi gammastraalruimtetelescoop. Deze doorbraak zou ons begrip van zowel de astrofysica als de deeltjesfysica kunnen hervormen.
De lange jacht naar onzichtbare materie
Het concept van donkere materie ontstond uit waarnemingen in de jaren dertig. Astronoom Fritz Zwicky merkte op dat sterrenstelsels binnen de Coma Cluster te snel bewegen om alleen door hun zichtbare massa met elkaar verbonden te blijven. Later bleek uit het werk van Vera Rubin in de jaren zeventig dat sterren aan de randen van spiraalstelsels met onverwacht hoge snelheden ronddraaiden, wat verder suggereerde dat er onzichtbare massa bestond die hun beweging beïnvloedde. Deze bevindingen leidden tot de conclusie dat sterrenstelsels zijn ingebed in enorme, onzichtbare halo’s van donkere materie, die veel verder reiken dan de zichtbare structuren die we waarnemen.
Waarom is dit belangrijk?
De samenstelling van het universum is totaal onevenwichtig: slechts ongeveer 15% van de materie bestaat uit ‘gewone’ dingen waar we dagelijks mee in aanraking komen (sterren, planeten, mensen). De overige 85% is donkere materie, die per definitie geen interactie heeft met licht. Dit maakt het onzichtbaar voor telescopen – tot nu toe. De ontdekking van een potentieel signaal zou een enorme leemte in ons begrip van de kosmos opvullen.
Gamma-Ray handtekening bevestigd
Het team van Totani richtte de Fermi-telescoop op het centrum van de Melkweg, waar naar verwachting donkere materie geconcentreerd zal zijn. Ze identificeerden een unieke gammastralingsemissie met een energie van 20 giga-elektronvolt, die zich uitstrekt in een halo-achtige vorm, consistent met theoretische modellen van de distributie van donkere materie.
De energiesignatuur komt overeen met voorspellingen voor Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), hypothetische kandidaten voor donkere materie die bij botsing vernietigen, waarbij gammastraling vrijkomt. Totani beweert dat geen enkel ander bekend astronomisch fenomeen het waargenomen signaal gemakkelijk kan verklaren. Als dit wordt bevestigd, zou dit de eerste keer zijn dat de mensheid donkere materie rechtstreeks heeft ‘gezien’, wat het bestaan van een nieuw deeltje impliceert dat verder gaat dan het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica.
Wat is het volgende?
Hoewel de bevindingen veelbelovend zijn, heeft de wetenschappelijke gemeenschap verdere validatie nodig. Er zijn meer gegevens nodig om andere mogelijke verklaringen uit te sluiten en het bewijsmateriaal te versterken. Totani verwacht dat voortdurende observaties de detectie van donkere materie zullen versterken of alternatieve interpretaties zullen onthullen. Het onderzoek, gepubliceerd in het Journal of Cosmology and Astroarticle Physics, markeert een belangrijke stap in het ontrafelen van een van de grootste mysteries van het universum.
De bevestiging van dit signaal zou niet alleen een al lang bestaande zoektocht in de astrofysica voltooien, maar ook nieuwe wegen openen voor het onderzoeken van de fundamentele aard van materie en energie in het universum.
