supernovarestant

Dertig jaar zoeken onderzoekers al naar bewijs dat donkere materie uit exotische deeltjes bestaat. Zonder resultaat. En daarom komen onderzoekers nu met een nieuw voorstel: donkere materie bestaat uit macroscopische objecten.

Donkere materie is onzichtbaar, maar speelt een belangrijke rol in het universum. Samen met normale materie kan de zwaartekracht creëren die er onder meer voor zorgt dat draaiende sterrenstelsels niet uit elkaar vliegen. Ongeveer 27 procent van het universum zou uit donkere materie bestaan. Maar waar die donkere materie zelf uit bestaat? Dat weten we nog altijd niet. Onderzoekers hebben er wel theorieën over. Zo zou het uit WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles) of axionen bestaan. Maar ondanks dat onderzoekers al dertig jaar naar WIMP’s en axionen zoeken, hebben ze deze nog nooit kunnen vinden.

Verder kijken
“We zoeken al lang naar WIMP’s en hebben ze niet gezien,” stelt onderzoeker Glenn Starkman. “We verwachtten dat we WIMP’s zouden maken in de Large Hadron Collider, maar dat hebben we niet gedaan.” Hoewel WIMP’s en axionen ondanks dat nog altijd goede kandidaten voor donkere materie blijven, is er volgens Starkman dan ook alle reden om verder te blijven kijken.

WIST JE DAT…
…recent onderzoek suggereert dat donkere materie verdwijnt en het universum dus in de toekomst een stuk saaier wordt?

Verruimde zoektocht
Heel concreet stellen Starkman en zijn collega David Jacobs voor om de zoektocht naar de materie waar donkere materie uit bestaat, te verruimen. In plaats van WIMP’s of axionen kan donkere materie wel eens bestaan uit macroscopische objecten die enkele tientallen grammen zwaar zijn of de grootte van een planetoïde hebben en wellicht net zo’n grote dichtheid hebben als een neutronenster of de kern van een atoom. Deze ‘Macros’ zoals Starkman en collega’s ze noemen zijn in verschillende opzichten heel anders dan de WIMP’s en axionen waar onderzoekers al zo lang naar zoeken. Macros zijn niet alleen aanzienlijk groter, maar ze zijn mogelijk ook opgebouwd uit deeltjes die reeds in het Standaardmodel passen en vragen dus niet om een heel nieuw model om hun bestaan te kunnen verklaren.

Uitsluiten
“De gemeenschap heeft zich aan het eind van de jaren tachtig afgewend van het idee dat donkere materie uit normaler materiaal kon bestaan. Wij vragen ons af: was dat wel helemaal correct en hoe weten we dat donkere materie niet uit gewoner materiaal – materiaal dat kan bestaan uit quarks en elektronen – bestaat?” Nadat onderzoekers de meest normale materie – waaronder mislukte Jupiters, witte dwergen, neutronensterren, de zwarte gaten in het hart van sterrenstelsels en zware neutrino’s – hadden uitgesloten, richtten de onderzoekers zich op de exotische deeltjes. Materie die zich tussen gewoon en exotisch in zit – en verwant is aan neutronensterren of andere grote kernen – konden niet worden uitgesloten, maar werden niet direct onderzocht. “We noemen ze ‘verwant aan neutronensterren’ omdat er waarschijnlijk heel wat vreemde (strange) quarks, die we in deeltjesversnellers maken en slechts kort bestaan, aan zijn toegevoegd.” Deze vreemde quarks zijn heel onstabiel, maar – zo benadrukt Starkman – dat zijn neutronen ook. Maar in helium – waar ze zich binden aan stabiele protonen – kunnen ze stabiel blijven. “Het zou kunnen dat stabiele, vreemde nucleaire materie in het jonge universum werd gemaakt en donkere materie is niets meer dan hompen vreemde nucleaire materie of gebonden quarks of baryons (die weer uit quarks bestaan).” Als donkere materie daadwerkelijk uit dit ‘normalere’ materiaal bestaat, zou het netjes in het Standaardmodel passen.

Volgens de berekeningen van Starkman zouden de Macros opgebouwd zijn uit normale en vreemde quarks of baryonen voordat deze vreemde quarks en baryonen vervallen. En dat alles zou gebeurd zijn bij een temperatuur die vergelijkbaar is met de temperatuur in het hart van een zware supernova. Het is allemaal nog maar theorie, maar volgens Starkman en Davids zeker het onderzoeken waard.