Uit recent onderzoek blijkt dat donkere materie, de meest voorkomende onzichtbare substantie in het heelal, mogelijk in botsing komt met neutrino’s: subatomaire deeltjes die zo ongrijpbaar zijn dat ze zelden ergens mee in wisselwerking staan. Deze onverwachte interactie zou, indien bevestigd, een belangrijke discrepantie in ons begrip van de structuur van het universum kunnen oplossen en mogelijk zowel de kosmologie als de deeltjesfysica radicaal kunnen veranderen.
De ontbrekende stukjes van het heelal: donkere materie en neutrino’s
Donkere materie is verantwoordelijk voor 85% van alle materie in de kosmos, oefent zwaartekracht uit maar blijft onzichtbaar voor directe observatie. Het bestaan ervan wordt afgeleid uit de effecten ervan op sterrenstelsels en grootschalige structuren.
Neutrino’s, ook wel ‘spookdeeltjes’ genoemd vanwege hun massa van bijna nul en hun zwakke interacties, doordringen het universum in duizelingwekkende aantallen. Ongeveer 100 miljard passeren elke seconde elke vierkante centimeter van uw lichaam. Ondanks hun overvloed hebben ze zo weinig interactie dat het detecteren ervan een grote experimentele uitdaging is.
Een botsing van theorieën: het standaardmodel onder druk
Het heersende kosmologische model, bekend als lambda-CDM, voorspelt een minimale interactie tussen donkere materie en neutrino’s. Waarnemingen suggereren echter dat het heelal minder “klonterig” is dan dit model verwacht, wat betekent dat sterrenstelsels en grote structuren dunner verspreid zijn dan verwacht. Deze discrepantie, de ‘S8-spanning’ genoemd, houdt kosmologen al jaren in verwarring.
De nieuwe studie, gepubliceerd in Nature Astronomy, levert bewijs dat botsingen tussen donkere materie en neutrino’s misschien wel het ontbrekende stukje zijn. Als deze deeltjes momentum overbrengen tijdens interacties, zou dit het waargenomen gebrek aan klontering kunnen verklaren zonder het hele kosmologische raamwerk te ontkrachten.
Hoe het onderzoek werd uitgevoerd
Onderzoekers combineerden gegevens uit meerdere bronnen:
- Kosmische microgolfachtergrond (CMB): De nagloed van de oerknal, waargenomen door de Atacama Cosmology Telescope en de Planck-satelliet.
- Baryon Acoustic Oscillations (BAO): “Bevroren” drukgolven uit het vroege heelal.
- Grootschalige structuur: In kaart gebracht via onderzoeken naar sterrenstelsels, zoals de Sloan Digital Sky Survey.
- Cosmic Shear: Vervormingen van licht op afstand veroorzaakt door zwaartekrachtlenzen, gemeten door de Dark Energy Survey.
Door het universum te simuleren met en zonder interacties tussen donkere materie en neutrino’s, ontdekte het team dat botsingen beter overeenkwamen met waarnemingen in de echte wereld.
Betekenis en kanttekeningen
De bevindingen hebben een statistische significantie van 3 sigma, wat betekent dat er een kans van 0,3% is dat het resultaat een toevalstreffer is. Hoewel het onder de gouden standaard van 5-sigma ligt, is het substantieel genoeg om verder onderzoek te rechtvaardigen.
“Deze spanning betekent niet dat het standaard kosmologische model verkeerd is, maar kan wel suggereren dat het onvolledig is”, zegt medeauteur van het onderzoek Eleonora Di Valentino.
Indien bevestigd, zou deze interactie een fundamentele doorbraak betekenen in ons begrip van het universum. Het zou niet alleen het probleem van de ‘klonterigheid’ kunnen oplossen, maar ook nieuwe wegen kunnen openen voor het onderzoeken van de aard van donkere materie en de fundamentele krachten die de kosmos beheersen.
