Onderzoeker draagt vier botsende sterrenstelsels aan als bewijs voor SIMPs.

Ongeveer 85 procent van de massa van het universum zou bestaan uit donkere materie. Deze materie is onzichtbaar, maar onderzoekers leiden het bestaan ervan af uit de bewegingen van sterren in sterrenstelsels: zonder donkere materie zouden deze sterrenstelsels uit elkaar vliegen.

MACHO’s
Hamvraag is echter: waaruit bestaat die donkere materie? Verschillende theorieën zijn de afgelopen decennia de revue gepasseerd. Zo waren er de MACHO’s (Massive Compact Halo Objects). Volgens deze theorie was donkere materie eigenlijk ‘gewone’ materie, die echter te weinig licht afgaf om waargenomen te worden. In dat scenario zou de massa die we in sterrenstelsels missen, bestaan uit bruine dwergen, zwarte gaten en opgebrande sterren, oftewel MACHO’s. Maar een grote zoektocht naar deze MACHO’s in het nabijgelegen Andromedastelsel leverde recent niets op. “Die studie elimineerde eigenlijk het idee van de MACHO’s,” stelt onderzoeker Hitoshi Murayama.

WIMPs
En dan waren er nog de WIMPs: Weakly Interacting Massive Particles. Deze deeltjes zouden relatief groot zijn – ongeveer 100 keer zwaarder dan een proton – maar slechts zelden de interactie met elkaar aangaan. De deeltjes zouden – middels de zwaartekracht – iets vaker de interactie met normale materie opzoeken en ervoor zorgen dat die materie samenklontert en uitgroeit tot sterrenstelsels waarin uiteindelijk sterren geboren worden. Maar hoewel er intensief naar deze WIMPs is gezocht, heeft die zoektocht tot op heden niets opgeleverd.

De SIMP zou een beetje lijken op een pion. Een pion is een subatomair deeltje dat bestaat uit een up-quark en een down-antiquark die bij elkaar worden gehouden door een gluon. Een SIMP zou bestaan uit een quark en antiquark die bijeen worden gehouden door een gluon. Afbeelding: Kavli IPMU.

SIMPs
Murayama kwam daarom samen met collega Yonit Hochberg een paar jaar geleden al met een alternatieve theorie op de proppen: de SIMPs. Dat staat voor Strongly Interacting Massive Particles. Deze deeltjes zouden – in tegenstelling tot WIMPs – wél de interactie met elkaar aangaan, terwijl de interactie met normale materie – dat SIMPs zou wegkaatsen – weer veel zwakker is. Ook zouden de SIMPs kleiner zijn dan de WIMPs, wat suggereert dat er meer SIMPs zijn dan er WIMPs zouden zijn.

Interactie in Abell 3827
Dat laatste is belangrijk. Want hoewel de hypothetische SIMPs dus minder vaak de interactie aangaan met normale materie dan WIMPs, betekent het feit dat er meer SIMPs dan WIMPs zijn dat deze SIMPs nog steeds detecteerbare sporen nalaten op normale materie. En tijdens een bijeenkomst in Zuid-Afrika onthulde Murayama waar we die sporen kunnen zien. In het Abell 3827-cluster, waar momenteel vier sterrenstelsels met elkaar botsen en de donkere materie achter lijkt te blijven ten opzichte van de zichtbare materie. En dat kan volgens Murayama verklaard worden door interacties tussen de donkere materie in elk sterrenstelsel dat de fusie van donkere materie – maar niet die van normale materie – hindert.

De SIMPs zouden ook een probleempje waar de hypothetische WIMPs mee te maken hebben, oplossen. Zo kunnen de WIMPs de distributie van donkere materie in kleinere sterrenstelsels slecht verklaren. “Als je kijkt naar dwergsterrenstelsels – die heel klein zijn en weinig sterren hebben – dan zie je dat ze gedomineerd worden door donkere materie.” Modellen suggereren dat er in het hart van dergelijke sterrenstelsels als het ware een klonter donkere materie te vinden is (vergelijk het met een stip die je in het hart van een cirkel tekent). Maar observaties wijzen er weer op dat die donkere materie meer over het sterrenstelsel verspreid is (vergelijkbaar met een klodder verf die je van een paar meter hoogte in het hart van een cirkel laat vallen). De SIMPs kunnen dat verklaren: “de deeltjes botsen en verspreiden zichzelf”.

Op dit moment worden er plannen gesmeed om op zoek te gaan naar deze SIMPs. Tegelijkertijd blijven onderzoekers ook uitkijken naar WIMPs. En dat is prima, aldus Murayama. “Maar omdat er nog geen spoor van WIMPs opduikt, beginnen mensen breder te denken.” En dat resulteerde een paar jaar geleden in het idee van de SIMPs, een kandidaat die langzaamaan overtuigender lijkt te worden.