Herhaling van het artikel uit Le Monde van vrijdag 17 maart 2000
Als donkere materie het licht afbuigt, dan bestaat ze zeker
De vervorming van beelden van verre sterrenstelsels bewijst het bestaan van enorme, onzichtbare objecten. Al jaren proberen astronomen de donkere materie (90% van de materie in het universum) te detecteren. Veel hypotheken zijn geopperd om de aard van dit aan telescopen ontsnappende medium te verklaren: zware objecten (bruine dwergen) en elementaire deeltjes (neutrino's). Maar het klopt niet. Daarom denken wetenschappers dat deze materie misschien uit nog onontdekte theoretische deeltjes bestaat. Astronomen zijn duidelijk: 90% van de materie in het universum ontsnapt aan de doelen van hun telescopen. Op foto's verschijnen alleen sterrenstelsels en de miljarden sterren die ze vormen, donkere of heldere nevels die de hemel versieren, en gigantische energie-uitbarstingen waarvan de productiemechanismen nog niet volledig begrepen zijn (...). Dankzij technologische vooruitgang zijn er nieuwe vensters opengegaan in het infrarood, ultraviolet, röntgen- en gammastraling. Recentelijk hebben astronomen ook de neutrino-astronomie geopend, een vorm van deeltjes die aanzienlijk bij de massa van het universum zouden kunnen bijdragen. ...Maar de theoreetici weten goed dat zelfs met al deze ontdekkingen het grootste deel van het universum onzichtbaar blijft voor de astronomische gemeenschap, die zich niet kan tevredenstellen met het beperkte experimentele terrein – slechts 10% van het geheel – dat haar wordt aangeboden. Daarom zoeken zij al jaren naar bewijs van deze beroemde donkere materie, een hoofdcomponent van ons universum. Een team van het Instituut voor Astrofysica van Parijs, in samenwerking met Franse astronomen (CEA Saclay, Canada-France-Hawaii-Telescoop (CFHT) en Laboratoire d'Astronomie Spatiale van Marseille) en buitenlandse onderzoekers (Canada, Duitsland, Verenigde Staten), heeft onlangs een nieuw venster geopend op deze wereld. Even vooraf ging een Brits team onder leiding van Richard Ellis (Cambridge en Caltech) en een Amerikaans team onder leiding van Tyson (Bell Labs, New Jersey), die beide gedeeltelijk dezelfde resultaten bevestigen.
Hoe zijn de onderzoekers erin geslaagd het onzichtbare te overwinnen en het bestaan van deze donkere materie te bevestigen? Door gebruik te maken van een principe dat stelt dat licht afbuigt in de buurt van enorme massa’s (zon, galactische kernen) door de zwaartekracht. Deze hypothese is vaker gecontroleerd. Maar astronomen vroegen zich af of hetzelfde effect ook waargenomen kon worden bij donkere materie, die verondersteld wordt weinig dicht te zijn maar in aanzienlijke hoeveelheden voor te komen. Als dat zo was, zou deze donkere materie haar aanwezigheid verraden zonder zichtbaar te zijn. "Cosmische astigmatisme". "In 1991 legde Yannick Mellier van het Instituut voor Astrofysica van Parijs uit dat de theorie voorspelde dat verre objecten zoals sterrenstelsels, door de aanwezigheid van grote hoeveelheden donkere materie op hun lichtweg, lichtelijk vervormd zouden verschijnen en langgerekte ellipsvormen zouden vertonen. Maar volgens berekeningen was dit effect van cosmische astigmatisme zo zwak dat het detecteren een uitdaging was. Daarnaast ontbraken de onderzoekers toen een theorie-model om eventuele metingen te bevestigen, evenals camera’s die krachtig genoeg waren om ze uit te voeren." Sindsdien is de CFH 12K-camera ontwikkeld en heeft de Canadees Ludovic Van Waerbeke specifieke analysegereedschappen ontworpen voor dit onderzoeksprogramma. Na vijf jaar aan het analyseren van de zo’n 200.000 verre sterrenstelsels die door de Canada-France-Hawaii-Telescoop zijn gefotografeerd, zijn de onderzoekers eindelijk geslaagd. Op de beelden van de hemel achtergrond, geproduceerd door de CFHT, verschijnen nu, na een gepaste verwerking, honderden kleine groenachtige ellipsen – elk een sterrenstelsel. ...Kunnen we hieruit concluderen dat dit fenomeen werkelijk het gevolg is van een gravitationele afbuiging van het licht uit de sterrenstelsels? "Zeker (...)", antwoordt Yannick Mellier. "Zonder materie op de weg van het licht – dus zonder gravitationele invloed – zien zelfs elliptische sterrenstelsels eruit als kleine ronde stippen. In het andere geval is het beeld gevuld met kleine ellipsen. Bovendien heeft de gravitationele invloed een tendens om deze sterrenstelsels te ordenen, net zoals een magneet ijzertjes volgens de lijnen van een magnetisch veld richt." Onbekende deeltjes. Het zijn deze nauwelijks merkbare vervormingen en de herstructurering van de sterrenstelsels die het mogelijk maken te stellen dat het licht is afgebogen door diffuse, onzichtbare materiebanden. Een materie met een lage dichtheid (in tegenstelling tot die van de zon of sterrenstelselcluster), maar waarvan de effecten wel waarneembaar zijn door hun enorme uitgestrektheid: 100 miljoen tot één miljard parsec (1 parsec is gelijk aan 3,36 lichtjaar). Voor vergelijking: onze melkweg meet slechts 34.000 parsec in haar grootste lengte. ..Op het driedimensionale model dat het Franse team op de computer heeft gereconstrueerd, is het effect indrukwekkend. In hun reis naar ons verandert het licht voortdurend van richting in de buurt van deze banden, die als een soort gegrilde kaas in de ruimte lijken te zijn geplaatst. Een structuur die het verhaal van het universum vertelt en de beginvoorwaarden van zijn vorming onthult. Want donkere materie, die ons blik ontglipt, is niet van dezelfde aard (baryonisch) als de materie waaruit sterren en wijzelf bestaan. Volgens theoreetici zou ze samengesteld zijn uit nog onontdekte deeltjes – WIMPs, axionen, supersymmetrische deeltjes, enzovoort... ..Een nieuw venster is zojuist geopend, en astronomen kunnen er nu doorheen stappen. Binnen twee jaar wordt op de CFHT een camera vier keer groter dan de huidige, de MégaCam, ingezet, ontwikkeld door het CEA van Saclay. In een verder afgelegen toekomst is een netwerk van honderd telescopen van één meter diameter in de planning, en het lanceren van een Amerikaans satelliet, Snapsat, gewijd aan explosieve sterren (supernova’s), maar ook in staat om de effecten van donkere materie te volgen.
Jean-François Augereau
Terug