We weten dat er donkere materie bestaat. Bovendien zouden wetenschappers het moeilijk hebben om uit te leggen wat de zwaartekrachtseffecten verklaart die ze routinematig aan het werk zien in de kosmos.
Decennia lang hebben wetenschappers geprobeerd het bestaan ervan te bewijzen door protonen samen te smelten in de Large Hadron Collider. Helaas hebben deze inspanningen geen concreet bewijs opgeleverd.
Daarom is het misschien tijd om donkere materie te heroverwegen. En natuurkundigen David M. Jacobs, Glenn D. Starkman en Bryan Lynn van Case Western Reserve University hebben een theorie die precies dat doet, ook al klinkt het een beetje vreemd.
In hun nieuwe studie stellen ze dat in plaats van donkere materie die bestaat uit elementaire deeltjes die onzichtbaar zijn en geen licht en elektromagnetische straling uitzenden of absorberen, het de vorm aanneemt van stukjes materie die sterk variëren in termen van massa en grootte.
Zoals het er nu uitziet, zijn er veel vooraanstaande kandidaten voor wat donkere materie zou kunnen zijn, variërend van Zwak Interactief Massieve Deeltjes (ook bekend als WIMP's) tot axions. Deze kandidaten zijn aantrekkelijk, met name WIMP's, omdat het bestaan van dergelijke deeltjes de supersymmetrietheorie zou kunnen bevestigen - wat op zijn beurt zou kunnen leiden tot een werkende Theory of Everything (ToE).
Maar tot dusver is er geen bewijs verkregen dat het bestaan van beide definitief bevestigt. Behalve dat deze onzichtbare massa nodig is om de algemene relativiteitstheorie te laten werken, lijkt de inhoud onzichtbaar te blijven voor detectie.
Volgens Jacobs, Starkman en Lynn zou dit erop kunnen wijzen dat donkere materie bestaat binnen het rijk van normale materie. In het bijzonder beschouwen ze de mogelijkheid dat donkere materie bestaat uit macroscopische objecten - die ze “macro's” noemen - die kunnen worden gekarakteriseerd in eenheden van respectievelijk gram en vierkante centimeter.
Macro's zijn niet alleen aanzienlijk groter dan WIMPS en axions, maar kunnen mogelijk worden samengesteld uit deeltjes in het standaardmodel van de deeltjesfysica - zoals quarks en leptonen uit het vroege heelal - in plaats van dat er nieuwe fysica nodig is om hun bestaan te verklaren. WIMPS en axions blijven mogelijke kandidaten voor donkere materie, maar Jacobs en Starkman beweren dat er een reden is om ergens anders te zoeken.
"De mogelijkheid dat donkere materie macroscopisch zou kunnen zijn en zelfs uit het standaardmodel zou kunnen komen, is oud maar opwindend", vertelde Starkman via e-mail aan Space Magazine. "Het is de meest economische mogelijkheid, en gezien het feit dat we tot nu toe geen kandidaten voor donkere materie hebben gevonden in onze detectoren voor donkere materie, of om ze te maken in onze versnellers, verdient het onze hernieuwde aandacht."
Na het elimineren van de meest gewone materie - inclusief mislukte Jupiters, witte dwergen, neutronensterren, zwarte gaten in sterren, de zwarte gaten in sterrenstelsels en neutrino's met veel massa - als mogelijke kandidaten, richtten natuurkundigen hun aandacht op de exoten.
Niettemin bleef materie die ergens tussen gewoon en exotisch in zat - verwanten van neutronensterren of grote kernen - op tafel blijven staan, zei Starkman. "We zeggen familieleden omdat ze waarschijnlijk een aanzienlijk mengsel van vreemde quarks hebben, die zijn gemaakt in versnellers en die gewoonlijk een extreem kort leven leiden", zei hij.
Hoewel vreemde quarks zeer onstabiel zijn, wijst Starkman erop dat neutronen ook zeer onstabiel zijn. Maar in helium, gebonden met stabiele protonen, blijven neutronen stabiel.
"Dat opent de mogelijkheid dat er in het vroege heelal stabiele vreemde nucleaire materie is gemaakt en dat donkere materie niets meer is dan brokken vreemde nucleaire materie of andere gebonden toestanden van quarks of baryons, die zelf van quarks zijn gemaakt", aldus Starkman.
Dergelijke donkere materie zou in het standaardmodel passen.
Dit is misschien wel het meest aansprekende aspect van de macrotheorie: het idee dat donkere materie, waarvan ons kosmologische model van het heelal afhankelijk is, kan worden bewezen zonder dat er extra deeltjes nodig zijn.
Maar toch, het idee dat het universum gevuld is met een dikke, onzichtbare massa in plaats van talloze onzichtbare deeltjes, maakt het universum een beetje vreemder, nietwaar?
