Donkere materie

In de moeilijk te bevatten wetenschap der kosmologie, waarin de globale structuur en de evolutie van het heelal wordt bestudeerd, wordt momenteel het bestaan van donkere materie zeer plausibel geacht. Dit ondanks het feit dat het bestaan hiervan nog steeds geen fysieke werkelijkheid vertegenwoordigt. Het wel of niet bestaan van donkere materie is ondanks jaren van onderzoek nog steeds een moeilijk te bevatten materie. Desondanks meent men dat de donkere materie maar liefst ongeveer 85% van de materie in het heelal kan verklaren. Dat deel van de materie is nog niet waargenomen, maar het kan desondanks wel de verschijnselen van de gravitatiekracht verklaren. Het betreft dan verschijnselen die niet uit te leggen zijn op basis van alleen de zichtbare materie in de vorm van sterren en sterrenstelsels.

Tot die verschijnselen behoren ook de bewegingen van sterren binnen de sterrenstelsels en de bewegingen van de sterrenstelsels zelf. Ook die bewegingen kan men niet verklaren zonder de fysieke werkelijkheid van donkere materie aan te nemen. Nu is echter uit berekeningen duidelijk geworden dat het heelal waarschijnlijk een nieuw type zwart gat herbergt van zeker 100 miljard maal de zonnemassa. Dat gegeven zou de grote leemte aan donkere materie in het heelal voor een flink deel kunnen opvullen.

Een dergelijk grote massa van 10¹¹ zonnemassa's lijkt in ieder geval groot genoeg te zijn om het bestaan van die leemte voor een flink deel weg te kunnen werken. De zonnemassa (☉) wordt geschat op: (1,98892 ± 0,00025) x 10³⁰ kg.

De twee grootste onopgeloste vraagstukken in de kosmologie zijn de samenstelling van de donkere materie en de ware aard van de zo mysterieuze donkere energie. Uit de waargenomen zwaartekrachtswerking lijkt het bestaan van de donkere materie weliswaar wel met een grote mate van waarschijnlijkheid te kunnen worden afgeleid. Maar in het jaar 1998 ontdekte men dat er in de kosmos ook nog eens mysterieuze donkere energie voorkomt. Metingen aan supernova-explosies in ver verwijderde sterrenstelsels laten namelijk zien dat de uitdijingssnelheid van het heelal sinds een paar miljard jaar aan het toenemen is, terwijl men op basis van de onderlinge zwaartekracht van alle sterrenstelsels juist een afname zou verwachten. Deze mysterieuze versnellende uitdijing wordt toegeschreven aan de al even onbegrepen vacuümenergie van de lege ruimte, die zich manifesteert als een afstotende kracht. Maar ook de ware aard van die energie blijft nog een groot raadsel. Wel is bekend dat de afstotende werking van de donkere energie versneld toeneemt met de uitdijing van het universum.

De lege ruimte is, zoals duidelijk moet zijn, wel veel minder leeg dan ze lijkt. Ze zit namelijk vol met zogenaamde kwantumfluctuaties. Er kunnen in die betrekkelijk lege ruimte voortdurend paren van deeltjes en antideeltjes zijn ontstaan. Dat zijn deeltjes die onder normale omstandigheden onmiddellijk weer verdwijnen. Maar in de extreme omstandigheden, die in de eerste fracties van de geschiedenis van het universum moeten hebben geheerst, kunnen die kwantumfluctuaties wel materie hebben opgeleverd die bleef voortbestaan. Alle materie in het hele universum kan zelfs in die eerste fractie van de geschiedenis van het universum zijn ontstaan.