Donkere materie, het materiaal waarvan wordt verondersteld dat het ongeveer een kwart van het universum uitmaakt, maar helemaal geen interactie lijkt te hebben met licht, zou volgens een nieuwe studie een kleine elektrische lading kunnen hebben.
Tot dusver is donkere materie alleen bekend geworden door de zwaartekracht, door aan sterren en sterrenstelsels te trekken. Maar nu suggereren astrofysici Julian Muñoz en Abraham Loeb van de Harvard University dat een klein deel van de donkere materiedeeltjes een kleine elektrische lading zou kunnen hebben - wat betekent dat donkere materie via de elektromagnetische kracht met normale materie zou kunnen interageren.
Als dit waar is, zou dit idee niet alleen een grote stap zijn in het begrijpen van donkere materie, maar ook een recent mysterie verklaren dat kosmologen in de war heeft gebracht.
Nieuwsgierige koeling
In februari kondigden astronomen de eerste detectie aan van een ongrijpbaar signaal van waterstofgas uit de kosmische dageraad, de periode ongeveer 180 miljoen jaar na de oerknal toen de eerste sterren begonnen te schijnen. Op dat moment was het tussen de sterren zwevende waterstofgas koud - kouder dan de kosmische microgolfachtergrond, de overgebleven straling van de oerknal die het heelal baadt.
Omdat waterstof koeler is dan deze nagloed, absorbeert het gas de straling - met name straling met een golflengte van 21 centimeter (8,3 inch). Door de absorptie van straling door waterstof te meten, kunnen astronomen de kosmische dageraad, een relatief onbekend tijdperk van de kosmische geschiedenis, beter begrijpen. Met behulp van een radioantenne in West-Australië, het Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES), kon een team van astronomen deze absorptie voor het eerst detecteren.
"Dit is op zichzelf een verbazingwekkende wetenschappelijke ontdekking", vertelde Muñoz aan WordsSideKick.com. Maar meer dan dat, zo voegde hij eraan toe, ontdekten de astronomen dat tweemaal zoveel fotonen door de waterstof werden geabsorbeerd dan verwacht. Wil het gas zoveel straling absorberen, dan zou het nog koeler moeten zijn dan wetenschappers dachten.
Muñoz en Loeb stelden voor dat donkere materie de boosdoener zou kunnen zijn voor de merkwaardige afkoeling. In een paper dat op 30 mei in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd, ontdekten ze dat als minder dan 1 procent van de donkere materie ongeveer een miljoenste van de elektrische lading van een elektron had, deze ongrijpbare materie warmte uit de waterstof kon trekken - vergelijkbaar met hoe ijsblokjes koelen je limonade. 'IJs, hier is de donkere materie', zei Muñoz.
Hun idee is niet helemaal nieuw. Tientallen jaren geleden stelden natuurkundigen voor dat deeltjes van donkere materie een elektrische lading zouden kunnen hebben.
En het is niet de enige verklaring voor deze koeling. In een paper van 1 maart in het tijdschrift Nature stelde Rennan Barkana, een kosmoloog aan de universiteit van Tel Aviv in Israël, voor dat een meer algemene vorm van donkere materie, die niet noodzakelijk een lading heeft, normale materie zou kunnen koelen en de EDGES-gegevens zou kunnen verklaren .
Beide voorstellen voor donkere materie doen soortgelijke voorspellingen, zei Barkana, die niet betrokken was bij de huidige studie.
"Dit is een tijd voor voorzichtig optimisme en een open geest, zowel over de radio-observatie als de interpretatie," vertelde Barkana WordsSideKick.com.
Tientallen ideeën
Donkere materie is slechts een van de tientallen ideeën die worden voorgesteld om de anomalie te verklaren. In plaats van dat het gas koeler is, kan de achtergrondstraling bijvoorbeeld heter zijn dan verwacht, waarbij een exotisch proces meer straling produceert die nog niet is verwerkt. Of er kunnen gewoon fouten zijn in de analyse of meting.
De EDGES-waarneming is inderdaad de eerste in zijn soort, en hoewel het team twee jaar heeft besteed aan het controleren en dubbel controleren van de analyse, zullen onderzoekers meer gegevens nodig hebben om de raadselachtige resultaten te bevestigen.
'Als EDGES correct is, denk ik niet dat er een conventionele verklaring is die boeiend is', zegt Steven Furlanetto, astrofysicus aan de University of California, Los Angeles, die niet bij het onderzoek betrokken was. 'Je moet echt naar een van deze niet-standaard natuurkundige scenario's gaan, en in dat geval denk ik dat het wijd openstaat.'
Muñoz is echter een voorstander van de verklaring van donkere materie. 'Als EDGES inderdaad gelijk heeft, lijkt het erg moeilijk dat dit niet het gevolg is van donkere materie', zei hij.
Verschillende instrumenten over de hele wereld maken zich al op om meer gedetailleerde waarnemingen te doen. In tegenstelling tot EDGES kunnen sommige experimenten, zoals een radiotelescoop in Zuid-Afrika, de Hydrogen Epoch of Reionization Array genoemd, meten hoe de absorptie over de lucht varieert. Als een klein deel van de donkere materie elektrisch wordt opgeladen, zoals Muñoz en Loeb zeggen, dan zal het een duidelijk patroon in deze variatie creëren - een belangrijke test voor elektrisch geladen donkere materie.
