Miljarden sterrenstelsels en sterren die we in het zichtbare universum waar kunnen nemen, vertegenwoordigen slechts 4% van het totale geheel. De overige 96%, bestaande uit donkere energie (72%) en donkere materie (24%), zijn vooralsnog enkel hypothesen die ons helpen te begrijpen waarom het universum functioneert zoals het doet. Dit is een rationele verklaring die we onszelf geven om de kosmologische dynamiek te doorgronden.
Recent heeft de Japanse wetenschapper Tomonori Totani mogelijk de eerste “palpabele” aanwijzingen voor het bestaan van de hypothetische donkere materie ontdekt. Zijn onderzoek, gepubliceerd op dinsdag, geeft aan dat hij na het analyseren van vijftien jaar aan gegevens van de Fermi-telescoop een patroon heeft ontdekt in gamma-straling, dat mogelijk afkomstig is van donkere materie.
Als dit bevestigd wordt, zou de ontdekking van Tomonori de eerste observatie van donkere materie zijn. Het is namelijk zo dat donkere materie deze naam heeft, omdat het geen elektromagnetische straling uitzendt, absorbeert of weerkaatst die we kunnen opvangen. Wat Totani heeft ontdekt, is het resultaat van de desintegratie van deze materie, waardoor theoretisch gamma-straling ontstaat, de meest energie-intensie straling in het spectrum.
Dit kan een cruciale doorbraak betekenen in het begrijpen van de aard van donkere materie. Al meer dan een eeuw spreken we over donkere materie, niet omdat we deze daadwerkelijk hebben waargenomen, maar omdat we aannemen dat het bestaat door de manier waarop sterrenstelsels zich bewegen, namelijk veel sneller dan hun zichtbare materie zou toelaten. Donkere materie, een onzichtbare substantie, is een concept dat in 1933 werd gepostuleerd door astrofysicus Fritz Zwicky, ter verantwoording van onze observaties.
De detectie van de energie die vrijkomt tijdens de desintegratie van donkere materie zou ons dichter bij een bevestiging van het bestaan ervan kunnen brengen.
Waarom gamma-straling mogelijk duidt op donkere materie
Professor Tomonori Totani, de astrofysicus van de Universiteit van Tokio achter het onderzoek, gelooft dat de gamma-stralen die uit het centrum van de Melkweg komen, afkomstig kunnen zijn van donkere materie. Hoewel donkere materie zelf geen elektromagnetische straling uitzendt, roept de vraag op hoe gamma-stralen dan op haar aanwezigheid kunnen wijzen.
Desondanks vraagt de wetenschappelijke gemeenschap om voorzichtigheid, en experts benadrukken dat er nog veel werk aan de winkel is. Een van de meest breed gedragen theorieën over donkere materie is dat deze bestaat uit zwak interagerende massieve deeltjes (WIMP’s). Deze theoretische deeltjes zouden zwaarder zijn dan protonen, die op hun beurt zijn samengesteld uit quarks, en zouden zeer zwak interageren met gewone materie.
Wanneer WIMP’s met elkaar botsen, kunnen ze elkaar annihileren, wat resulteert in de creatie van andere deeltjes en een explosie van gamma-straling. Dit explosieve resultaat van de interactie van de deeltjes die donkere materie zouden vormen, is wat Totani mogelijk heeft gedetecteerd met de Fermi-telescoop, een apparaat dat gespecialiseerd is in het waarnemen van zulke extreme stralingen, die energie-intensiever zijn dan röntgenstraling.
Het sferische patroon dat deze emissies volgen, biedt weer een ander argument ter ondersteuning van Totani’s hypothese over hun mogelijke oorsprong. “We hebben gamma-stralen gedetecteerd die zich uitstrekken in een halo-achtige structuur naar het centrum van de Melkweg, wat nauwkeurig overeenkomt met de verwachte vorm van de halo van donkere materie,” aldus Totani.
Hoewel we nog niet precies begrijpen hoe gamma-straling functioneert en van welke bronnen deze kan ontstaan, blijft het scepticisme bestaan. Maar zoals Totani zelf zegt, ligt het nu aan andere wetenschappers om zijn onderzoek te toetsen: “Als mijn bevindingen correct zijn, zou dat een significante impact hebben. Daarom zullen onderzoekers de validiteit van mijn resultaten zorgvuldig onderzoeken. […] Ik heb vertrouwen in mijn bevindingen, maar ik hoop dat andere onafhankelijke onderzoekers deze resultaten repliceren.”
