In de vroege jaren dertig van de vorige eeuw stuitte de Zwitsers-Amerikaanse astronoom Fritz Zwicky op een fascinerend probleem. Terwijl hij de Coma-cluster van sterrenstelsels bestudeerde, merkte hij op dat deze sterrenstelsels zich met een snelheid bewogen die hen theoretisch uit de cluster zou moeten blazen. Toch bleven ze als door een onzichtbare kracht bij elkaar gehouden. Dit leidde Zwicky in 1933 tot de hypothese dat er een vorm van materie moest bestaan die moeilijk waarneembaar was, maar overal aanwezig, en hij noemde deze ‘donkere materie’.
In de daaropvolgende decennia heeft donkere materie een centrale rol gespeeld in de moderne astronomie. Ondanks de ontwikkeling van krachtige technieken, zoals gravitatielenzen, die indirecte aanwijzingen voor het bestaan ervan hebben geleverd, is het wetenschappers nog niet gelukt om WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles), de belangrijkste kandidaten voor donkere materie, direct te observeren. Dit gebrek aan bewijs heeft sommige wetenschappers inderdaad aan het twijfelen gebracht en hen doen zoeken naar alternatieve verklaringen.
Recentelijk heeft een nieuw onderzoek, geleid door Tomonori Totani aan de Universiteit van Osaka, hoop gebracht op een doorbraak in het onderzoek naar donkere materie. In dit onderzoek werden specifieke gammafotonen waargenomen die waarschijnlijk het resultaat zijn van de botsingen en annihilaties van twee WIMP’s. Deze zogenaamde ‘halo-structuren’ werden ontdekt door het analyseren van gegevens van de Fermi Gamma-ray Space Telescope, die in 2008 werd gelanceerd om het universum op hoge energieën te onderzoeken.
De ontdekkingen van de Fermi-telescoop zijn indrukwekkend, met inbegrip van de ontdekking van enorme gamma-stralenbubbels, bekend als de Fermi-bubbels. Als Totani’s observaties door andere astrofysici kunnen worden bevestigd, zal dit een opvallende nieuwe mijlpaal zijn in het onderzoek aan het universum.
Totani meldde dat ze gamma-stralen met een energie van 20 giga-elektronvolt (oftewel 20 miljard elektronvolt) hebben waargenomen, die zich uitstrekken in halo-vormige structuren richting het centrum van ons sterrenstelsel, de Melkweg. De emissie van gamma-stralen komt goed overeen met wat verwacht wordt van een donkere materie-halo.
De spectrumkaarten van deze gamma-emissies vertonen aanwijzingen van WIMP’s met een massa die ongeveer 500 keer de massa van een proton is, en Totani benadrukt dat deze emissies niet gemakkelijk kunnen worden verklaard door andere veelvoorkomende astronomische fenomenen. Dit versterkt zijn argument dat dit daadwerkelijk een observatie van donkere materie is.
“Als dit waar is, zou het de eerste keer zijn dat de mensheid ‘donkere materie’ kan ‘zien'” aldus Totani. “En het blijkt dat donkere materie een nieuwe deeltje is die niet is opgenomen in het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit betekent een grote vooruitgang in de astronomie en fysica.”
Het is echter belangrijk op te merken dat uitzonderlijke claims uitzonderlijk bewijs vereisen. Zelfs als Totani’s resultaten deze strenge criteria overtreffen, zullen wetenschappers op zoek willen naar meer voorbeelden van dit fenomeen in andere delen van het universum.
De zoektocht naar bewijs van donkere materie gaat door, maar de plekken waar deze mysterieuze materie zich kan verbergen worden steeds schaarser.
