Donkere materie is mogelijk ouder dan de oerknal

Donkere materie is een van de meest ongrijpbare mysteries in de moderne natuurkunde. Astronomen denken dat ongeveer 80% van het heelal uit donkere materie bestaat maar wat het precies is en waar het vandaan komt is onbekend. Onderzoekers van de Johns Hopkins universiteit denken nu dat donkere materie al bestond voor de Oerknal.

Het onderzoek werd op 7 augustus 2019 gepubliceerd in de Physical Review Letters. In het artikel wordt een nieuw idee gepresenteerd over hoe donkere materie is ontstaan en hoe we het met behulp van astronomische waarnemingen kunnen aantonen.

Het onderzoek laat een nieuwe verbinding zien tussen deeltjesfysica en astronomie. Als donkere materie bestaat uit nieuwe deeltjes die voor de Oerknal zijn ontstaan dan beïnvloeden ze op een unieke manier de verdeling van sterrenstelsels aan de hemel. Deze verbinding kan gebruikt worden om hun identiteit te bepalen en conclusies te trekken uit de tijd voor de Oerknal plaatsvond, aldus Tommi Tenkanen. Hij is de hoofdauteur van het artikel en als postdoc verbonden aan de Johns Hopkins universiteit.

Er is niet veel bekend over de herkomst maar astronomen hebben aangetoond dat donkere materie een belangrijke rol speelt in het ontstaan van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels. Alhoewel donkere materie niet rechtstreeks waarneembaar is weten astronomen dat donkere materie bestaat voor kijken naar de zwaartekrachtseffecten op hoe zichtbare materie beweegt en verdeeld is in de ruimte.

Lang werd aangenomen dat donkere materie een restant was van de Oerknal. Astronomen hebben lang gezocht naar dit soort donkere materie maar tot nu toe zonder enig succes.

Volgens Tenkanen zou men in veel gevallen een direct signaal van donkere materie in verschillende experimenten van deeltjesfysica moeten hebben gezien als donkere materie echt een overblijfsel zou zijn van de Oerknal.

Gebruikmakende van een nieuw, eenvoudig wiskundig kader laat het onderzoek zien dat donkere materie mogelijk al voor de Oerknal is ontstaan. Dit zou dan tijdens de kosmische inflatieperiode zijn geweest toen de ruimte enorm snel expandeerde. Men denkt dat deze snelle expansie heeft geleid tot de productie van enorm veel deeltjes die scalars worden genoemd. Tot nu toe is er maar één scalar deeltje ontdekt en dat is het beroemde Higgs boson.

Zoals Tenkanen het uitlegt: “We weten niet wat donkere materie is maar als het iets te maken heeft met scalaire deeltjes dan kan het ouder zijn dan de Oerknal. Met het voorgestelde wiskundige scenario is het niet nodig om te denken aan nieuwe soorten interacties tussen zichtbare en donkere materie buiten de zwaartekracht, waarvan we al weten dat die er is.”

Het idee dat donkere materie er al voor de Oerknal was is niet nieuw maar andere theoretici waren niet in staat om met berekeningen te komen die dit idee ondersteunden. Het nieuwe onderzoek toont aan dat wetenschappers altijd de meest eenvoudige mogelijk wiskundige verklaring voor de herkomst van donkere materie over het hoofd hebben gezien, aldus Tenkanen.

De nieuwe studie suggereert ook een manier om de oorsprong van donkere materie te testen door de handtekeningen die donkere materie achterlaat op de verdeling van materie in het heelal te observeren.

“Hoewel dit soort donkere materie te ongrijpbaar is om te vinden in deeltjesexperimenten, kan het zijn aanwezigheid in astronomische waarnemingen onthullen. We zullen binnenkort meer te weten komen over de oorsprong van donkere materie wanneer in 2020 de Euclides ruimtesonde wordt gelanceerd. Het wordt heel spannend om te zien wat het zal onthullen over donkere materie en of de bevindingen ervan kunnen worden gebruikt om een piek te bereiken in de tijd voor de oerknal”.

Artikel: Dark Matter from Scalar Field Fluctuations

Eerste publicatie: 18 augustus 2019
Bron: spacedaily.com