Donkere materie ligt alweer onder vuur

Domineert ongrijpbare donkere materie het universum? Recente meetresultaten herbergen bewijs voor een eigenwijs alternatief.

Een 28 jaar oude, controversiële theorie die donkere materie en energie degradeert tot onnodige kosmologische stoplappen, zou best eens kunnen kloppen. Uit recent onderzoek blijkt dat deze theorie — aangepaste Newtoniaanse dynamica, ofwel MOND — het gedrag van sterrenstelsels beter voorspelt dan de huidige modellen. MON D gaat ervan uit dat het heelal niet wordt bestierd door grote hoeveelheden donkere materie, maar dat een aanpassing van de zwaartekrachtwetten van Newton genoeg is om te verklaren wat astronomen in het heelal waarnemen.

Bewijs daarvoor komt uit onderzoek van sterrenkundige Stacy McGaugh, verbonden aan de University of Maryland. Hij vergeleek de massa’s en draaisnelheden van tientallen sterrenstelsels en ontdekte dat de relatie tussen die twee beter overeenkomt met wat MOND voorspelt, dan met de modellen voor donkere materie.

Onmogelijk

Tot voor kort was het onmogelijk om de relatie tussen de massa en de draaisnelheid van sterrenstelsels nauwkeurig te bepalen, omdat massabepalingen van afzonderlijke sterren erg onzeker zijn. De oplossing voor dat probleem vond McGaugh door te kijken naar gasrijke stelsels, waarin veel interstellair gas voorkomt en relatief weinig sterren. Om de massa van het tussen de sterren hangende gas te bepalen, telde hij de hoeveelheid fotonen die door het gas werd uitgestoten. Doordat de natuurkunde van opname en uitstoting van fotonen in gassen zeer goed wordt begrepen, komt het tellen van fotonen — via een omweg— uiteindelijk neer op het tellen van atomen. Zo bepaalde McCaugh de massa van het tussenliggende gas en vond hij een betrouwbare basis voor de massa van het sterrenstelsel. McCaugh bekeek voor zijn MOND-toets uiteindelijk 47 stelsels, met als resultaat dat MOND de werkelijkheid beter verklaart dan donkere materie.

Dwaalspoor

MOND werd al in 1983 voorgesteld door de Israëlische fysicus Monti Milgrom, maar de meeste sterrenkundigen beschouwen de theorie desondanks al jaren als dwaalspoor. Dat komt omdat donkere materie en donkere energie in de praktijk nodig blijken om de vergelijkingen die de massa-energie-inhoud van het universum beschrijven sluitend te maken.

Op de kleinere schaal van sterrenstelsels rust de rotsvaste overtuiging dat het heelal erg veel onzichtbare en koude materie bevat op twee belangrijke peilers. De een is de onverklaarbaar snelle draaiing van sterrenstelsels, die er eigenlijk toe zou moeten leiden dat de middelpuntvliedende kracht ze uit elkaar trekt. De andere peiler zijn de zogeheten zwaartekrachtlenzen, waarbij licht van verafgelegen sterren afbuigt door de zwaartekracht. De waargenomen afbuiging blijkt steevast groter dan gedacht. Dus moet er ‘extra’ materie zijn die we niet kunnen zien: de donkere materie. Ondanks dergelijke overtuigende bewijzen, blijft MOND al 28 jaar hardnekkig overeind.

Hulpcirkels

Het feit dat de metingen niet overeenkomen met wat de huidige zwaartekrachtwetten voorspellen, betekent volgens MON D-aanhangers dat we die wetten nog niet helemaal doorgrond hebben. Dat MON D geen eendagsvlieg is, bevestigen de resultaten van McCaugh. Toch wil het feit dat MOND de uitkomsten van zijn onderzoek voorspelde, niet zeggen dat de donkere-materie- hypothese nu kan inpakken. Met wat goede wil is het namelijk best mogelijk om de waarnemingen met donkere materie overeen te laten komen. ‘Dat lijkt alleen wel wat op het aanpassen van de planeetbanen met hulpcirkels’, stelt McCaugh in een persverklaring. Daarmee verwijst hij naar Ptolemaeus, die veelvuldig extra hulpcirkels introduceerde zodra een baan niet leek te kloppen met het idee dat alles om de aarde draaide. Toch is MON D ondanks dit soort successen op de schaal van sterrenstelsels nog omstreden, erkent McCaugh. Dat komt vooral omdat donkere materie en donkere energie veel beter werken als verklaring voor de waarnemingen op de grote, kosmologische schaal van clusters sterrenstelsels en groter. Desondanks blijft het succes van MON D op kleinere schaal opmerkelijk. McCaugh in zijn artikel in Physical Review Letters: ‘Het is zeldzaam dat een theorie die niet algemeen geaccepteerd is, zoveel voorspellende successen boekt.’

Dit bericht is eerder verschenen in NWT Magazine