Misschien hebben we per ongeluk donkere materie gevonden. Eigenlijk al in 2019.
Het is geen bevestigde hit. Nog niet. Maar wetenschappers kijken naar het puin van botsingen tussen zwarte gaten – rimpelingen in de ruimtetijd – en denken dat er een geest in de machine zit. In het bijzonder de schaduw van een donkere materiewolk.
Natuurkundigen uit de VS en Europa hebben een nieuwe theorie. Als twee zwarte gaten in een dikke wolk van dit onzichtbare spul tegen elkaar botsen, dragen de zwaartekrachtsgolven die door de kosmos schreeuwen een unieke signatuur. Als een vingerafdruk die in het stof achterblijft.
Ze testten hun wiskunde op tientallen opgenomen gebeurtenissen. Het waren bijna allemaal saaie vacuümfusies. Gewoon standaard kosmisch geweld in de leegte.
Eén was anders.
Eén gebeurtenis uit juli 2019 – genaamd GW190720 – past niet in het kader van een schone fusie. Het past in het model van zwarte gaten die dansen door een dichte mist van ultralichte deeltjes.
Het is provocerend. Het is geen bewijs. Maar het is een hint.
“Zwarte gaten gebruiken om naar donkere materie te zoeken, zou fantastisch zijn.”
Rodrigo Vicente van de Universiteit van Amsterdam denkt dat dit een geheel nieuwe schaal voor verkenning opent. Kleinere schalen. Plaatsen waar we niet aan kunnen komen, waar we alleen naar kunnen luisteren.
Hier is de achtergrond, want je moet de geschiedenis begrijpen om de hype te begrijpen.
In 1916 zei Einstein dat de zwaartekracht de kromming van de ruimtetijd is. Hij voorspelde dat massieve objecten die snel genoeg bewegen – zoals neutronensterren of zwarte gaten – het universum als een bel zouden laten trillen. Die rimpelingen zijn zwaartekrachtgolven.
Het duurde tot 2016 voordat die beltoon duidelijk te horen was. LIGO ving het geluid op. Sindsdien zijn er honderden klokkengeluiden opgenomen. Elk signaal vertelt een verhaal over de betrokken massa’s. Meestal is het eenvoudig. Een groot gat eet een klein gat. Twee neutronensterren kussen elkaar en exploderen.
Maar wat zit er nog meer in de kamer als ze samensmelten?
De nieuwe studie vraagt dat.
Donkere materie vormt het grootste deel van de materie in het heelal. We weten niet wat het is. We weten gewoon dat het dingen aantrekt. Eén populaire theorie zegt dat het is gemaakt van ultralichte deeltjes die zich als golven gedragen. Als je een ronddraaiend zwart gat in de buurt van dat golfveld plaatst, sleept het dat spul rond. Het verdraait de mist.
Wanneer een tweede zwart gat in botsing komt met het eerste, weerstaat die mist. Het verandert de dans. De resulterende zwaartekrachtgolf ziet er enigszins afwijkend uit. Anders dan een fusie in een hard vacuüm.
De onderzoekers bouwden een model van die interferentie. Vervolgens controleerden ze 28 signalen van het LVK-netwerk: LIGO in de VS, Virgo in Italië, KAGRA in Japan.
Zevenentwintig waren stofzuigers. Schoon. Voorspelbaar.
Gebeurtenis GW190729 verscheen met de rommeligere handtekening. Het soort dat je zou verwachten als er donkere materie aanwezig zou zijn, dik en aanwezig, die de laatste momenten vóór de botsing zou verstoren.
Is het definitief?
Nee.
Josu Aurrekoetxea van MIT zegt dat de statistieken niet sterk genoeg zijn om een overwinning te claimen. Hij zegt dat onafhankelijke groepen het werk moeten controleren. Op dit moment zijn we nog maar aan het oppervlak aan het krabben.
“Zonder golfvormmodellen zoals de onze zouden we samensmeltingen van zwarte gaten in donkere materie kunnen detecteren, maar deze classificeren als, nadat ze hebben plaatsgevonden, in vacuüm.”
Dat is het risico. We hebben ze misschien de hele tijd gehoord, maar noemden ze iets anders.
Toch blijft de onzekerheid groot. Misschien vormt donkere materie geen wolken. Misschien zijn het WIMP’s. Misschien zijn het MACHO’s. Misschien heeft het een wisselwerking met elektromagnetisme. Misschien bestaat het helemaal niet en hebben we gewoon een slecht begrip van de zwaartekracht.
De lucht is luid. De gegevens zijn er. Maar het antwoord schuilt nog steeds in de ruis. Wij blijven luisteren.
