Donkere materie, de mysterieuze substantie die een kwart van de massa en energie van het universum uitmaakt, kan worden gemaakt van extreem kleine en lichte deeltjes, suggereert nieuw onderzoek. Deze 'fuzzy' vorm van donkere materie - die, omdat de golflengten van deze minuscule deeltjes zouden worden uitgesmeerd over een kolossaal enorm gebied - de loop van de kosmische geschiedenis zou hebben veranderd en lange en piekerige filamenten zou hebben gecreëerd in plaats van klonterige sterrenstelsels in het vroege universum, volgens simulaties.
De bevindingen hebben waarnemingsgevolgen - aanstaande telescopen zullen in staat zijn om terug te kijken naar deze vroege periode en mogelijk onderscheid te maken tussen verschillende soorten donkere materie, waardoor natuurkundigen de eigenschappen ervan beter kunnen begrijpen.
Donkere materie is een onbekende, massieve stof die in de hele kosmos voorkomt. Het geeft geen licht af - vandaar de naam donkere materie - maar de zwaartekrachteffecten ervan helpen galactische clusters aan elkaar te binden en ervoor te zorgen dat sterren aan de randen van sterrenstelsels sneller draaien dan anders het geval zou zijn. Veel wetenschappers zijn van mening dat de meeste donkere materie koud is, wat betekent dat het relatief langzaam beweegt. Maar er zijn totaal verschillende ideeën, zoals de mogelijkheid dat het klein en vaag is, wat betekent dat het snel zou bewegen omdat het zo licht is.
"Onze simulaties laten zien dat de eerste sterrenstelsels en sterren die er uitzien er heel anders uitzien in een universum met donzige donkere materie dan een universum met koude donkere materie", Lachlan Lancaster, een afgestudeerde astrofysica aan de Princeton University en co-auteur van een nieuw artikel in het tijdschrift Physical Review Letters, vertelde WordsSideKick.com.
Lancaster legde uit dat de meest voorkomende speculaties over donkere materie suggereren dat het is samengesteld uit zwak interactieve massieve deeltjes (WIMP's), die enkele tientallen of honderden keren de massa van een proton zouden hebben. Simulaties die dit type donkere materie gebruiken, zijn buitengewoon goed in het opnieuw creëren van de grootschalige structuur van het universum, inclusief enorme lege ruimtes omgeven door lange, spinnende filamenten van gas en stof, een formatie die bekend staat als het kosmische web. Maar op kleinere schaal bevatten dergelijke modellen een aantal verschillen met wat astronomen met hun telescopen waarnemen. In deze standaardweergave zou donkere materie zich moeten opstapelen in de centra van sterrenstelsels, maar niemand heeft dit gezien.
Vage donkere materie daarentegen zou verbijsterend licht zijn, misschien een miljardste van een miljardste van een miljardste van de massa van een elektron, volgens een verklaring van MIT. De kwantummechanica stelt dat deeltjes ook als golven kunnen worden beschouwd, met golflengten die omgekeerd evenredig zijn met hun massa, zei Lancaster. De golflengte van zo'n lichtdeeltje zou dus duizenden lichtjaar lang zijn.
Wazige donkere materie zou daarom moeilijker samenklonteren dan koude, WIMP donkere materie. In simulaties lieten Lancaster en zijn co-auteurs zien dat een koud universum met donkere materie sterrenstelsels zou hebben die relatief snel uit sferische halo's zouden ontstaan.
Maar wazige donkere materie zou in plaats daarvan samensmelten tot lange, piekerige reeksen materiaal - 'meer gigantische filamenten dan klonterige sterrenstelsels', zei Lancaster - en sterrenstelsels zouden dan groter en later worden geboren. Donkere materie zou zich ook moeilijker kunnen opstapelen in de centra van sterrenstelsels, wat mogelijk verklaart waarom astronomen deze klonterigheid niet waarnemen als ze naar sterrenstelsels kijken.
Instrumenten zoals de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chili en telescopen van 30 meter klasse die over de hele wereld worden gebouwd, zullen binnenkort terug kunnen kijken naar enkele van de vroegste tijden van het universum. Ze zullen naar verwachting de komende tien jaar gegevens gaan verzamelen, wat betekent "we zullen ofwel de effecten van vage donkere materie gaan zien, of ze gaan uitsluiten", zei Lancaster.
Hoewel andere onderzoekers hebben gespeculeerd over donzige donkere materie, werken de nieuwe simulaties zorgvuldiger om de kosmologische effecten ervan uit te werken, zei Jeremiah Ostriker, een astrofysicus aan de Columbia University die niet bij het werk betrokken was.
"Dit helpt om de details te schetsen van wat de structuurvorming zou zijn in deze variantentheorie," voegde OStriker toe. 'En het is een van de meest interessante variantentheorieën die er zijn.'
Lancaster zei dat de toekomstige simulaties van zijn team zich zouden kunnen richten op het vastleggen van meer details over de effecten van de vage donkere materie, waardoor astronomen mogelijk een beter idee zouden krijgen van wat ze door hun telescopen zouden kunnen zien.
- De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
- De 12 vreemdste objecten in het heelal
- Kosmische recordhouders: de 12 grootste objecten in het universum
