Waar is de rest van het heelal?

Zelfs met de beste instrumenten en technieken kunnen we maar 4% van het heelal zien – het deel dat bestaat uit de materie waarvan sterren, planeten en wijzelf zijn gemaakt. Hoe weten we dan dat die andere 96% er ook is? Astronomen jagen op donkere materie en donkere energie.

Er is te veel zwaartekracht

Met sterke telescopen en andere instrumenten kan je talloze sterrenstelsels zien, stuk voor stuk met honderden miljarden sterren erin. Onze Melkweg is zo’n sterrenstelsel. De zwaartekracht bepaalt hoe snel een stelsel draait. Maar als je de zwaartekracht van alle sterren in één stelsel bij elkaar optelt, vind je er veel te weinig van. Het is niet genoeg om de snelheid te verklaren waarmee de sterren bewegen. Er moet dus veel meer zwaartekracht zijn. Maar waarvan dan?

Donkere materie

Als de materie die we wel kunnen zien al die zwaartekracht niet verklaart, kan er heel goed materie zijn die we niet kunnen zien. Donkere materie dus. Het meest gangbare idee is dat donkere materie uit deeltjes bestaat die allen door zwaartekracht contact maken met ‘gewone’ materie. Astronomen noemen ze WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

Het Abell 520 cluster van sterrenstelsels. Het blauw ingekleurde gebied duidt aan waar veel donkere materie moet zitten.
 

De verdeling van het heelal

Donkere materie omvat ongeveer 27% van het heelal. Is de rest dan ‘gewone’ materie? Op geen stukken na. Gewone materie beslaat 4% van het universum. De 69% die we nog over hebben gaat op aan donkere energie. Hoe astronomen daarbij komen? Het begint met het uitdijende heelal.

Het heelal dijt uit

Als je naar de sterren kijkt, lijkt alles stil te staan. Maar dat is niet zo. Het heelal dijt uit. De ruimte zelf zwelt op, als gistend krentenbroodbeslag. De krenten zijn sterrenstelsels, stuk voor stuk vol met sterren. In het rijzend beslag bewegen de krenten steeds verder van elkaar af. In de uitdijende ruimte doen sterrenstelsels dat op grote schaal gezien ook.

Het uitdijen gaat te hard

Tot een jaar of twintig geleden dachten astronomen dat de zwaartekracht het uitdijen van het heelal zou kunnen afremmen. Maar wat blijkt? Het gaat juist steeds harder, met een onverwacht grote versnelling. De oorzaak is nog een raadsel. Maar er is wel een naam voor bedacht: donkere energie.

Het uitdijen van het heelal gaat steeds sneller.
 

Donkere energie

Er zijn verschillende manieren waarop donkere energie wordt uitgelegd. De meest gangbare is dat het een kenmerk is van de ruimte zelf. De ruimte is geen lege achtergrond voor alles wat er bestaat, maar heeft eigenschappen van zichzelf, waaronder eigen energie. Ruimte zou ook kunnen uitbreiden, waarbij nog meer van die energie ontstaat. Die zorgt er dan weer voor dat het uitdijen versnelt.

Een lange ontdekkingsreis

Donkere energie is het grootste raadsel. Over donkere materie is al meer duidelijk. De verdeling rond sterrenstelsels is goed vast te stellen, net als de hoeveelheid zwaartekracht die donkere materie oplevert. Om meer te weten te komen over donkere energie en donkere materie, zijn meer en betere gegevens nodig. Zo zijn detectoren gebouwd om de zeldzame keer dat donkere materie misschien contact maakt met gewone materie vast te leggen. Verder toetsen wetenschappers hun theorieën aan computermodellen die de ontwikkeling van het heelal nadoen. Als zo’n model niet meer klopt met de nieuwste waarnemingen van het heelal zelf, kan de theorie worden bijgesteld. Eén ding is nu al zeker: Het wordt nog een lange ontdekkingsreis.

De Italiaanse XENON1T donkere materie-detector. Kijk voor een idee van de afmetingen naar de bureaustoelen, rechts in beeld.