De gitaarnevel. Klik om te vergroten
Omdat het een groot deel van het universum uitmaakt, zou je denken dat we nu wel zouden weten wat donkere materie is. Een internationaal team van onderzoekers theoretiseert nu dat donkere materie een klasse van deeltjes zou kunnen zijn die bekend staat als "steriele neutrino's". Deze deeltjes, die precies bij de oerknal zijn gevormd, zouden de ontbrekende massa van het heelal kunnen verklaren en zouden het handige neveneffect hebben van het versnellen van de vroege vorming van sterren.
Donkere materie heeft mogelijk een grote rol gespeeld bij het creëren van sterren aan het begin van het universum. Als dat het geval is, moet de donkere materie bestaan uit deeltjes die 'steriele neutrino's' worden genoemd. Peter Biermann van het Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, en Alexander Kusenko, van de University of California, Los Angeles, hebben aangetoond dat wanneer steriele neutrino's vervallen, dit de aanmaak van moleculaire waterstof versnelt. Dit proces had de eerste sterren pas zo'n 20 tot 100 miljoen jaar na de oerknal kunnen verlichten. Deze eerste generatie sterren ioniseerde vervolgens het gas eromheen, zo'n 150 tot 400 miljoen jaar na de oerknal. Dit alles geeft een eenvoudige verklaring voor enkele nogal raadselachtige observaties met betrekking tot donkere materie, neutronensterren en antimaterie.
Wetenschappers ontdekten dat neutrino's massa hebben door experimenten met neutrino-oscillaties. Dit leidde tot de veronderstelling dat er 'steriele' neutrino's bestaan - ook wel rechtshandige neutrino's genoemd. Ze nemen niet rechtstreeks deel aan zwakke interacties, maar interageren door hun vermenging met gewone neutrino's. Het totale aantal steriele neutrino's in het universum is onduidelijk. Als een steriele neutrino maar een massa heeft van een paar kilo-elektronvolt (1 keV is een miljoenste van de massa van een waterstofatoom), zou dat de enorme ontbrekende massa in het heelal verklaren, ook wel "donkere materie" genoemd. Astrofysische waarnemingen ondersteunen de opvatting dat donkere materie waarschijnlijk uit deze steriele neutrino's bestaat.
De theorie van Biermann en Kusenko werpt licht op een aantal nog steeds onverklaarbare astronomische puzzels. Allereerst zou tijdens de oerknal de massa neutrino's die in de oerknal zijn gecreëerd, gelijk zijn aan wat nodig is om donkere materie te verklaren. Ten tweede zouden deze deeltjes de oplossing kunnen zijn voor het al lang bestaande probleem waarom pulsars zo snel bewegen.
Pulsars zijn neutronensterren die met een zeer hoge snelheid roteren. Ze worden gemaakt in supernova-explosies en worden normaal gesproken in één richting uitgeworpen. De explosie geeft ze een 'duw', als een raketmotor. Pulsars kunnen snelheden hebben van honderden kilometers per seconde - of soms zelfs duizenden. De oorsprong van deze snelheden blijft onbekend, maar de emissie van steriele neutrino's zou de pulsar-trappen verklaren.
De Gitaarnevel bevat een zeer snelle pulsar. Als donkere materie is gemaakt van deeltjes die het universum re-ioniseerden - zoals Biermann en Kusenko suggereren - had de beweging van de pulsar deze kosmische gitaar kunnen creëren.
Ten derde kunnen steriele neutrino's de afwezigheid van antimaterie in het universum helpen verklaren. In het vroege universum zouden steriele neutrino's het plasma-nummer kunnen hebben "gestolen". Op een later tijdstip werd het gebrek aan lepton-nummer omgezet in een niet-nul baryon-nummer. De resulterende asymmetrie tussen baryons (zoals protonen) en antibaryons (zoals antiprotons) zou de reden kunnen zijn waarom het universum geen antimaterie heeft.
“De vorming van centrale galactische zwarte gaten, evenals de structuur op subgalactische schalen, bevordert steriele neutrino's om donkere materie te verklaren. De consensus van verschillende indirecte bewijsstukken doet vermoeden dat het lang gezochte deeltje van donkere materie inderdaad een steriele neutrino kan zijn ”, zegt Peter Biermann
Oorspronkelijke bron: Max Planck Society
