Het idee dat donkere materie bestaat uit zware, oeroude zwarte gaten, kan de prullenbak in.

Donkere materie is één van de problemen waar natuurkundigen wakker van liggen. Onderzoek wijst uit dat ongeveer 84,5 procent van alle materie in het universum tot donkere materie gerekend kan worden. Maar niemand kan die donkere materie vinden. Laat staan dat we weten waar het uit bestaat. Natuurlijk zijn er wel theorieën over. Sommige onderzoekers denken dat donkere materie is opgebouwd uit ultralichte deeltjes, zoals nog altijd hypothetische axionen. Anderen denken eerder aan zware objecten en vermoeden dat donkere materie bestaat uit primordiale zwarte gaten. Dit zijn – eveneens hypothetische – zwarte gaten die kort na de oerknal zouden zijn ontstaan.

Primordiale zwarte gaten
Het idee dat donkere materie bestaat uit primordiale zwarte gaten werd nieuw leven ingeblazen toen men een paar jaar geleden de eerste zwaartekrachtsgolven van twee zwarte gaten opving. De zwaartekrachtsgolven suggereerden dat de zwarte gaten een massa hadden die we zouden verwachten van een primordiaal zwart gat, zo vertelt onderzoeker Uroš Seljak. “Dat was een interessant toeval, waardoor iedereen opgewonden raakte. Maar het bleek echt toeval te zijn.” Onderzoek van Seljak en collega’s veegt nu namelijk het hele idee dat donkere materie bestaat uit primordiale zwarte gaten van tafel.

Supernova’s
Ze baseren zich op het feit dat als er een nog niet waargenomen populatie primordiale zwarte gaten bestaat, je zou verwachten dat deze zwarte gaten met hun enorme massa en zwaartekracht van invloed zijn op het licht dat van afgelegen objecten – zoals supernova’s – naar de aarde reist. Dat licht zou door de primordiale zwarte gaten worden afgebogen, waardoor de supernova’s net wat helderder zijn dan we zouden verwachten. De onderzoekers richtten zich in hun studie op supernova’s van het type Ia. Het mooie van deze supernova’s is dat ze allemaal op dezelfde manier ontstaan en dus altijd even lichtsterk zijn. Door het licht van deze supernova’s te bestuderen, kunnen we dan ook vaststellen op welke afstand zij – en de sterrenstelsels waar ze deel van uitmaken – staan. Eerder zijn deze supernova’s bijvoorbeeld ook al gebruikt om de uitdijing van het heelal nader te onderzoeken.

Deze artistieke impressie laat zien hoe het licht van een supernova (de heldere vlek links) en het sterrenstelsel waar deze deel uitmaakt (de heldere vlek iets boven het midden van de afbeelding) wordt afgebogen door een zwart gat (hart van de afbeelding) dat tussen het sterrenstelsel en de aarde in staat. Het zwaartekrachtsveld van het zwarte gat zorgt ervoor dat zowel het sterrenstelsel als de supernova helderder lijkt. Als donkere materie bestaat uit zwarte gaten zou je mogen verwachten dat het licht van supernova’s relatief vaak wordt afgebogen en versterkt. Dat onderzoekers dat in hun analyse niet zien, stelt niet alleen grenzen aan de massa van zwarte gaten, maar ook aan de mate waarin ze in het universum voorkomen. Afbeelding: Miguel Zumalacárregui (UC Berkeley).

Statistisch onderzoek
Voor dit nieuwe onderzoek bestudeerden wetenschappers het licht van honderden van deze supernova’s. Een complexe statistische analyse wees uit dat acht ervan in de aanwezigheid van primordiale zwarte gaten net ietsje helderder zouden moeten zijn dan men op basis van observaties die uitwijzen hoe deze supernova’s door de tijd helderder en zwakker worden – zou verwachten. Maar de onderzoekers konden dergelijke extra heldere supernova’s niet vinden. Het wijst erop dat ook primordiale zwarte gaten geen kandidaat voor donkere materie zijn.

“We zijn weer terug bij de standaard discussie: wat is donkere materie?” aldus Seljak. “En we raken een eind door onze opties heen. Dat wordt een uitdaging voor toekomstige generaties.”