Ongeveer 85% van alle materie in ons universum is donkere materie. Toch kunnen astronomen donkere materie niet waarnemen, omdat het mysterieuze goedje geen licht absorbeert, reflecteert of uitstraalt. Astronomen hebben nu een methode gevonden om donkere materie indirect in beeld te brengen.

Hoe weten we eigenlijk dat donkere materie bestaat? Door de zwaartekrachtseffecten die het uitoefent op het zichtbare universum. Hoewel het bestaan van donkere materie dus buiten kijf staat, weten we er verder vrij weinig van. Zo weten we nog altijd niet waaruit het bestaat.

Nieuw onderzoek brengt de wetenschap dichter bij antwoorden. Een internationaal team van astronomen heeft een serie papers gepubliceerd met de eerste resultaten van een grote zoektocht naar donkere materie. Nooit eerder brachten astronomen zo nauwkeurig de eigenschappen vangroepen van sterrenstelsels en de bijbehorende donkere materie in kaart. Binnenkort verschijnen de resultaten in verschillende wetenschappelijke vakbladen.

Links een cluster in zichtbaar licht, rechts hetzelfde cluster met een projectie van de verdeling van donkere materie.

Links een cluster in zichtbaar licht, rechts hetzelfde cluster met een projectie van de verdeling van donkere materie.

Dit hebben we het afgelopen jaar geleerd over donkere materie
1. Hoe gaan we donkere materie vinden? Wetenschappers denken dat het slim is om op zoek te gaan naar donkere materie-deeltjes op het aardoppervlak.
2. Donkere materie is donkerder dan verwacht. Dit komt omdat het mysterieuze goedje nauwelijks de interactie met zichzelf aangaat.
3. Voor het eerst is er overtuigend bewijs gevonden dat in het binnenste deel van de Melkweg – waar ook de aarde zich bevindt – donkere materie te vinden is.
4. Wetenschappers hebben de eerste gedetailleerde kaart van de verdeling van donkere materie in het heelal gepubliceerd. Deze kaart bevestigt de huidige ideeën over donkere materie.
5. Donkere materie is misschien toch niet zo exotisch als gedacht. Deze materie bestaat wellicht uit macroscopische objecten.

Zwaartekrachtlens
De astronomen die deelnamen aan de Kilo-Degree Survey gebruikten de VLT Survey telescoop en de panoramische camera OmegaCAM om grote delen van de hemel te fotograferen. Zij gebruikten een truc om donkere materie op de foto’s te laten verschijnen. Zo keken de astronomen hoe het licht van verre sterrenstelsels afbuigt terwijl het op weg naar de aarde langs grote wolken donkere materie reist. Een cluster donkere materie is namelijk een zwaartekrachtlens. Zo konden ze de donkere materie via een omweg toch in beeld brengen.

Topje van de ijsberg
Het internationale team wordt geleid door Koen Kuijken van de Leidse Sterrewacht. Zijn team analyseerde meer dan twee miljoen sterrenstelsels op afstanden tot 5,5 miljard lichtjaar van de aarde. Het gaat hier om het topje van de ijsberg. Volgens Kuijken is dit ‘slechts’ zeven procent van alles wat nog gaat komen.

In de roos
Op de foto bovenaan dit artikel is een groep sterrenstelsels te zien, die zijn opgeslokt door een flinke hoeveelheid donkere materie. “Interessant is dat het helderste sterrenstelsel zich bijna altijd in het midden van een klomp met donkere materie bevindt”, schrijft hoofdauteur Massimo Viola van de Leidse Sterrewacht. Viola en zijn collega’s denken dat donkere materie een grote rol speelt tijdens de vorming van clusters en sterrenstelsels.

Het is niet opvallend dat het helderste sterrenstelsel zich in het midden van een klomp van donkere materie bevindt. “Dat is in lijn met de theorie die voorspelde dat sterrenstelsels naar elkaar trekken en dat ze samenklonteren in het centrum, maar het was nog nooit zo duidelijk waargenomen,” vertelt Kuijken.

“Daar is de VLT voor gemaakt”
De techniek die de astronomen hebben gebruikt is hoogstaand. Zwakke gravitatielenswerking is namelijk een heel subtiel effect. Kuijken: “Je kunt het alleen goed meten door grote maar ook scherpe beelden van de hemel te maken. Daar is de VLT Survey Telescope voor gemaakt.”