Een statistische analyse van 740 supernova-explosies toonde aan dat zwarte gaten niet meer dan 40 procent van het volume donkere materie in het heelal kunnen uitmaken, dat op zijn beurt weer een spijker in de kist van de theorie van massieve astrofysische compacte halo-objecten drijft. Volgens deze theorie kunnen oerzwarte gaten de bron zijn van donkere materie. De waarneming van twee Amerikaanse wetenschappers van de University of California in Berkeley werpt twijfel op deze theorie.
In februari 2016 kondigden wetenschappers van het Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) een nieuw tijdperk in de astronomie aan. Onderzoekers hebben voor het eerst voorspelde zwaartekrachtgolven ontdekt die worden veroorzaakt door een paar botsende zwarte gaten. Afgezien van de verbazingwekkende aard van de ontdekking zelf, heeft de ontdekking van zwaartekrachtgolven de oude theorie nieuw leven ingeblazen dat donkere materie een afgeleide is van massieve astrofysische compacte halo-objecten (MACHO's), ultradichte objecten die geen licht uitstralen.
Volgens moderne aannames kan donkere materie tot 85 procent van het volume van alle materie in het heelal uitmaken, maar natuurkundigen hebben deze materie nog niet ontdekt, dus ze weten niet wat het is. Het onderwerp van het bestaan van donkere materie lokte een actieve discussie om zich heen nadat de Amerikaanse astronoom Vera Rubin in de jaren 70, die de rotatiecurven van sterrenstelsels bestudeerde, discrepanties onthulde tussen de voorspelde cirkelvormige beweging van sterrenstelsels en de waargenomen beweging (sterren aan de rand van sterrenstelsels zouden langzamer moeten draaien dan die dichterbij naar het galactische centrum, maar waarneming toonde aan dat de rotatiesnelheid van de buitenste en binnenste sterren feitelijk hetzelfde was). Dit feit, dat bekend staat als het "probleem van de rotatie van sterrenstelsels", is een van de belangrijkste bewijzen voor het bestaan van donkere materie geworden. De vraag is echter ofwelke donkere materie is er nog en blijft open.
In de loop van de volgende decennia zijn er veel kandidaten voorgesteld voor de rol van donkere materie. Tegenwoordig zijn de meest populaire deeltjes zoals axions of zwak op elkaar inwerkende deeltjes. Objecten (met name zwarte gaten) die enkele decennia eerder door de MACHO-theorie werden voorgesteld, werden echter beschouwd als de belangrijkste bron van donkere materie. Volgens deze theorie bestaat donkere materie eigenlijk uit baryonische deeltjes (deeltjes van gewone materie die kunnen worden gezien) die in de interstellaire ruimte bewegen, niet geassocieerd zijn met een planetair systeem en praktisch (of volledig) geen energie uitzenden. Volgens de theorie kunnen MACHO's neutronensterren, bruine dwergen, weesplaneten en primordiale zwarte gaten vertegenwoordigen die kort na de oerknal verschenen.
In de jaren 90 raakte de theorie van MACHO-objecten uit de mode. Wetenschappers hebben hun zoektocht naar de bron van donkere materie in deeltjes gericht, maar de recente ontdekking van LIGO heeft de belangstelling voor zwarte gaten als mogelijke verklaring voor onzichtbare donkere materie weer aangewakkerd.
Aangezien MACHO-objecten volgens de theorie geen energie uitstralen, zullen deze objecten voor de waarnemer "donker" zijn, dat wil zeggen onzichtbaar. Op basis hiervan verwachtten de onderzoekers ze te detecteren met behulp van het effect van zwaartekracht-microlensing. Dit is het fenomeen van kromming van lichtgolven van het waargenomen object in relatie tot de waarnemer vanwege het zeer krachtige zwaartekrachtveld van zeer dichte en massieve objecten die zich tussen het waargenomen object en de waarnemer bevinden. Dit effect kan de helderheid van sterren die ver van ons verwijderd zijn aanzienlijk verhogen en ons in staat stellen om die objecten te zien die niet kunnen worden gezien met gewone traditionele observatiemethoden. De rol van zwaartekrachtlenzen kan bijvoorbeeld worden gespeeld door sterrenstelsels, galactische clusters en ook zwarte gaten.
Natuurkundigen Miguel Tsumalakraregi en Urosh Selyak van de University of California, Berkeley hebben geavanceerde gegevensanalyses uitgevoerd van 740 supernova-explosies - extreem heldere explosies van sterren - om de bijdrage van primordiale zwarte gaten aan de kromming en versterking van supernova-licht te traceren. Supernova-explosies worden vaak door astronomen gebruikt om afstanden in het universum te meten, omdat deze objecten een ongelooflijke helderheid hebben, die zeer langzaam afneemt, waardoor berekeningen mogelijk zijn. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Wetenschappers gingen ervan uit dat een afwijking in helderheid van enkele tienden van een procent, wat het effect van microlensing op zwarte gaten aangeeft en verklaard wordt door de massa van onzichtbare donkere materie, zou worden aangetroffen in ten minste 8 van de 740 waargenomen supernovae. Wetenschappers hebben echter nooit een enkele afwijking gevonden die wijst op microlensing in een zwart gat.
Promotie video:
De bevindingen van de studie sluiten zwarte gaten niet uit als bronnen van donkere materie, maar beperken hun bijdrage aan het volume ervan in het heelal aanzienlijk. Geschat wordt dat zelfs als zwarte gaten bijdragen aan de verschijnselen die verband houden met donkere materie, dit niet meer dan 40 procent is. Volgens de auteurs hebben ze de resultaten van een completere analyse, die meer dan 1.000 supernovae omvatte, al en hebben ze deze nog niet gepubliceerd en dwingt ze om dit cijfer nog verder te verlagen - tot maximaal 23 procent.
“We zijn weer terug bij de normale discussies. Wat is donkere materie? Het lijkt erop dat we geen goede opties meer hebben. Dit is een uitdaging voor de volgende generaties”, zegt professor Urog Selyak.
