De eerste waarnemingen van het Chinese orbitale observatorium DAMPE, ontworpen om te zoeken naar donkere materie, spreken in het voordeel van het feit dat donkere materie daadwerkelijk kan vervallen in de buurt van de baan van de aarde en in het centrum van de Melkweg, zeggen wetenschappers in een artikel in het tijdschrift Nature.
“Deze 'afsnijding' in het spectrum van kosmische straling, die we hebben ontdekt, kan duiden op het bestaan van donkere materie. Aan de andere kant zou het afkomstig kunnen zijn van een andere bron van deze deeltjes. Er zijn meer gegevens nodig om deze vraag te beantwoorden, en we verwachten nog steeds dat DAMPE nog minstens vijf jaar actief zal zijn,”zei Chang Jin van het Zijinshan Observatorium in Nanjing, China.
Donkere luchten
Wetenschappers geloofden lange tijd dat het heelal bestaat uit de materie die we zien en die de basis vormt van alle sterren, zwarte gaten, nevels, stofclusters en planeten. Maar de eerste waarnemingen van de bewegingssnelheid van sterren in nabije melkwegstelsels toonden aan dat de sterren aan hun rand erin bewegen met een onmogelijk hoge snelheid, die ongeveer 10 keer hoger was dan berekeningen op basis van de massa van alle sterren erin lieten zien.
De reden hiervoor was, volgens wetenschappers van vandaag, de zogenaamde donkere materie - een mysterieuze substantie, die goed is voor ongeveer 75% van de massa materie in het heelal. Typisch heeft elk sterrenstelsel ongeveer 8-10 keer meer donkere materie dan zijn zichtbare neef, en deze donkere materie houdt de sterren op hun plaats en voorkomt dat ze zich verspreiden.
Tegenwoordig zijn bijna alle wetenschappers overtuigd van het bestaan van donkere materie, maar de eigenschappen ervan, naast de duidelijke gravitatie-invloed op sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, blijven een mysterie en een onderwerp van controverse onder astrofysici en kosmologen. Wetenschappers hebben lange tijd aangenomen dat het was samengesteld uit superzware en ‘koude’ deeltjes - ‘watjes’, die zich op geen enkele manier manifesteren, behalve dat ze zichtbare clusters van materie aantrekken.
De eerste mogelijke sporen van donkere materie werden in 2008 gevonden door de Russische satelliet Resurs-DK1, wiens PAMELA-detector sporen van een ongebruikelijk groot aantal antimaterie-deeltjes in de baan van de aarde detecteerde, die, zo hebben wetenschappers gesuggereerd, kunnen worden gegenereerd door het verval van deze mysterieuze substantie.
Promotie video:
Later werden deze gegevens bevestigd door de AMS-02-detector aan boord van het ISS, maar veel astrofysici zijn het niet eens met dit idee en geloven dat deze antimaterie in feite van minder exotische oorsprong is - het zou kunnen zijn gegenereerd door pulsars of een andere verre bronnen van kosmische straling met hoge energieën.
Dit jaar werd de "pulsar" -theorie in twijfel getrokken na de publicatie van gegevens die waren verzameld door de hooggelegen HAWC-telescoop, die het universum observeert in het gamma-bereik. Dit deed de belangstelling van natuurkundigen herleven voor "exotische" verklaringen voor deze vreemde anomalie in de baan van de aarde.
Kosmologische raadsels
De DAMPE-ruimtetelescoop, die in december 2015 door China in een baan om de aarde is gelanceerd, heeft deze aannames aan de andere kant getest door ultrahoge energetische kosmische straling van onbekende oorsprong, afkomstig uit het centrum van onze Melkweg en andere sterrenhopen, te observeren.
Deze straling kan volgens sommige kosmologen tegenwoordig ook ontstaan als gevolg van het verval van donkere materie op die punten waar het vooral veel ophoopt. Als dit zo is, dan zullen de kosmische straling die uit het centrum van de Melkweg komt een speciaal energiespectrum hebben - het aantal deeltjes zal aanvankelijk relatief langzaam veranderen naarmate de energie toeneemt, maar bij het bereiken van een bepaald punt zal het scherp zinken.
De eerste aanwijzingen voor het bestaan van deze "klif", zoals opgemerkt door Jin, werden gevonden tijdens waarnemingen op AMS-02, maar deze detector kon geen ultrahoge energiedeeltjes volgen die DAMPE kan "zien", en gegevens van telescopen op de grond waren niet voldoende. nauwkeurig om zeker te zeggen.
Volgens Chinese natuurkundigen zijn de gegevens die door DAMPE zijn verzameld tijdens de eerste cyclus van zijn werking van december 2015 tot juni 2017 het eerste duidelijke bewijs dat deze 'klif' echt bestaat en dat deze precies is gelokaliseerd waar hij zou moeten zijn in overeenstemming met met theorievoorspellingen.
Jin en zijn collega's hopen dat DAMPE de komende vijf jaar gegevens zal verzamelen over nog eens 10 miljard kosmische straling, waardoor wetenschappers meetfouten kunnen verminderen en uiteindelijk kunnen bewijzen dat deze anomalie bestaat.
Het is nog niet duidelijk of het is ontstaan als gevolg van het verval van donkere materie of enkele minder exotische processen. Natuurkundigen hopen dat het observeren van ultrahoge energiebundels, waarvan de energieën hoger zijn dan 10 TeV, ons zal helpen begrijpen of ze zijn ontstaan tijdens het verval van donkere materie of werden gegenereerd door pulsars of supernovaresten.
