Denk aan alles wat er in het universum bestaat. Gigantische ruimteovens zoals onze zon. Gasreuzen, waarna onze planeet slechts een dwerg zal zijn. Rijen asteroïden racen door lege ruimte. Verre sterren duizenden lichtjaren verwijderd. Dit alles is minder dan 5% van de massa van het universum. Waar is de rest? Dit is nog steeds een mysterie. Ons gigantische universum had zich kunnen vormen met deeltjes van donkere materie die we nooit hebben kunnen observeren. Wetenschappers proberen hun bestaan te bewijzen, en daarmee het bestaan van "donkere sterren".
Er is één element dat maar liefst 25% van het universum kan uitmaken. We kunnen het niet voelen of zien. Het heeft geen interactie met licht. Het bestaat niet eens uit de bouwstenen die we gewend zijn: elektronen en protonen in atomen waaruit alle materie bestaat.
Dit is "donkere materie" en wetenschappers proberen al decennia te begrijpen wat het is. Theoretisch astrofysicus Katherine Freese is een van degenen die op zoek zijn naar deze mysterieuze stenen van het leven. Dertig jaar geleden leidde haar theorie van een onzichtbare lijm die hielp het universum vorm te geven, tot de constructie van ondergrondse deeltjesversnellers over de hele aarde, zoals de machines bij CERN. Waar zoeken zij naar? Deze deeltjes worden watjes (WIMP's) genoemd, en volgens Freese hadden sterren gemaakt van dit spookachtige materiaal de kosmos miljarden jaren geleden kunnen helpen vormen.
Wimps (zwak reagerende massieve deeltjes) zijn grote deeltjes die geen interactie hebben met elektromagnetische krachten. Dit maakt ze "donker" - ze kunnen niet worden waargenomen met behulp van de elektromagnetische sensoren die mensen de afgelopen honderd jaar hebben gebruikt om het universum te onderzoeken.
Maar dankzij de theorie van supersymmetrie - die impliceert dat elk bekend deeltje een "antimaterie" -equivalent heeft - is er een gat in onze huidige deeltjesatlas, en WIMPS kan dat gat perfect vullen. Ze zijn overal, maar laten geen sporen na omdat ze terughoudend zijn in interactie met de gewone deeltjes om hen heen.
"Nou, als we alle voorwerpen in ons dagelijks leven nemen - je lichaam, de stoel waarop hij zit, de lucht die hij inademt, de muren om ons heen, de planeten toevoegen, de sterren toevoegen - dit alles is gemaakt van atomen die we begrijpen, maar al deze atomaire materie maakt slechts 5% uit van ons universum - vijf procent! Daarom is er nog eens 95% die we moeten begrijpen. En dit is waar donkere materie en donkere energie binnenkomt. Als ze door je heen gaan - miljarden deeltjes per seconde - merk je het niet, omdat de zwakke interactie echt zwak is, gebeurt er niets."
Promotie video:
Hoe vind je wat je niet kunt zien?
“Een goede analogie voor donkere materie is wind. We zien het niet, het is onzichtbaar en toch zijn we er zeker van dat het bestaat omdat de bladeren ritselen. Hetzelfde is het geval met donkere materie. We zien dat het dingen bij elkaar trekt … het is materie, wat betekent dat het de zwaartekracht voelt. Ze kruipt bij elkaar en trekt dingen bij elkaar. We weten dat het om deze reden bestaat, maar we weten niet waaruit het bestaat."
Als er watjes bestaan - en Freese is er zeker van dat ze dat doen - zouden ze kort na de oerknal moeten zijn verschenen.
Freese onderzocht deze theorie met collega-astrofysici Paolo Gondolo van de Universiteit van Utah en Doug Spoliar van de Universiteit van Stockholm in Zweden. Ze zochten naar de eerste "donkere sterren" die zich in de vroege dagen van het universum vormden.
Ondanks hun naam waren deze oude sterren oogverblindend - ze leefden van de vernietiging van donkere materie. En sommigen van hen zouden in de verste uithoeken van het heelal kunnen leven, stralend stralend.
"Donkere sterren begonnen met dezelfde massa als de zon, maar konden groter en groter worden totdat ze een massa van miljoenen zonnen werden en miljarden keren helderder."
“De volgende grote telescoop, de James Webb Space Telescope, een uitbreiding van de beroemde Hubble Space Telescope, zal donkere sterren kunnen vinden. Door dit te doen zullen we niet alleen een compleet nieuw type sterren vinden, wat op zich al verrassend is, maar we zullen ook bewijzen dat ze van WIMP's leven. Dus het probleem wordt vanzelf opgelost."
En dat zou het einde kunnen betekenen van een van de moeilijkste uitdagingen in de moderne wetenschap. Wetenschappers proberen het probleem van donkere materie al sinds de jaren dertig op te lossen, maar al lang daarvoor verschenen er aanwijzingen voor het bestaan ervan.
"Toen mensen de beweging van de zon en de planeten om hen heen bestudeerden, realiseerden ze zich dat de centrale planeten vrij snel bewegen, maar hoe verder van het centrum, hoe langzamer de beweging", zegt Freese.
"Dus ze dachten, oké, dit zijn de wetten van Newton, we kennen ze, dit zijn de natuurwetten, laten we eens kijken naar grotere structuren - sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels."
'Maar dat is niet wat ze vonden: ze ontdekten dat als je vanuit het centrum van de melkweg beweegt, alles met dezelfde snelheid beweegt. Het was best raar."
Freese gelooft dat de sterren en planeten die we aan de nachtelijke hemel zien het hoogtepunt zijn van een lange reeks reacties die begon met deze zwak op elkaar inwerkende deeltjes. En ze zegt dat zonder deeltjes van donkere materie het universum niet had kunnen worden wat het is. "De structuren waarin we leven, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, zouden niet gevormd kunnen zijn als donkere materie niet het kosmische web waarin we leven had gevormd."
“Dat wil zeggen, eerst verzamelde donkere materie zich, en daarna vormden gewone atomen, neutronen en protonen enzovoort, samen met donkere materie, protogalaxieën, die leidden tot het verschijnen van sterrenstelsels, planeten en sterren. Maar om deze structuur te gaan vormen, is donkere materie nodig."
ILYA KHEL
