Dat 85% van alle materie in het heelal bestaat uit donkere materie is de overtuiging van de meeste sterrenkundigen. Maar een kleine groep denkt dat er iets anders aan de hand is, dat de zwaartekrachtwetten van Newton niet juist zijn en dat donkere materie helemaal niet bestaat. Sinds 1983 kennen we de Modified Newtonian Dynamics (MOND) van de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom, een alternatieve zwaartekrachtstheorie, waarbij aan de originele zwaartekrachtwetten enkele termen worden toegevoegd, zodat het bestaan van donkere materie om waargenomen verschijnselen zoals de vlakke rotatiecurven van sterrenstelsels te verklaren geen vereiste meer is. En inderdaad: de vlakke rotatiecurven van sterrenstelsels, zoals bij M33 (zie de afbeelding hieronder), kunnen perfect beschreven worden met MOND.
Er zijn echter meer indirecte aanwijzingen voor het bestaan van donkere materie en eentje daarvan heeft betrekking op het vroege heelal: de variaties in de dichtheid van de materie in het vroege heelal, die een ‘gevlekte structuur’ heeft. Die structuur is zichtbaar via de pieken van het ‘powerspectrum’ van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), die onder andere door de WMAP en Planck-satellieten is waargenomen. Dat powerspectrum van de CMB zie je hieronder, de groene lijn is de theoretische curve, de rode stippen zijn de waarnemingen – in deze en deze Astroblogs wordt uitgelegd wat zo’n powerspectrum precies is.
Je ziet diverse pieken en het zijn de tweede en derde piek, rechts naast de grote piek, die voor (donkere) materie van belang zijn. Hieronder wordt in de box uitgelegd wat de pieken precies voorstellen.
Tot nu toe konden de MOND-theorieën (meervoud, er zijn sinds Milgrom vele varianten verschenen) niet overweg met die pieken in de CMB. De lokale kleinschalige verschijnselen, zoals rotatiecurven van sterrenstelsels, kunnen ze er goed mee beschrijven, maar zodra hat gaat om grootschalige verschijnselen, zoals de zwaartekrachtlenzen in clusters van sterrenstelsels en dichtheidsvariaties in het vroege heelal, dan haken de MOND-theorieën af. Tenminste, tot voor kort. Want in juni werd dit vakartikel op de ArXiv gezet, geschreven door Constantinos Skordis en Tom Zlosnik (Central European Institute for Cosmology and Fundamental Physics). Daarin beschrijven ze een nieuwe zwaartekrachtwet, die ze RelMOND noemen, een nieuwe ‘relativistic theory for Modified Newtonian Dynamics‘. Aan de zwaartekrachtwetten van Newton (en Einstein) voegen ze een nieuw veld toe, dat alom aanwezig is in het heelal (net zoals het Higgsveld en electromagnetisch veld). Op grote schaal gedraagr het veld zich als onzichtbare materie, iets wat Zlosnik omschrijft als ‘donker stof’. En daarmee kunnen de pieken in het powerspectrum ook verklaard worden (zie de afbeelding hierboven). Ga je vervolgens naar de kleinere schalen, zoals het niveau van sterrenstelsels, dan verstrengelt het zich met het standaard zwaartekrachtveld en versterkt het deze net genoeg om een sterrenstelsel bij elkaar te houden zonder extra donkere materie.
OK, een nieuwe MOND-theorie die de pieken in de CMB kan verklaren en die kan volstaan zonder donkere materie. De vraag is natuurlijk of dat ook de juiste theorie is. RelMOND voegt vier nieuwe wiskundige termen toe aan de zwaartekracht, de gangbare LCMD theorie (die wel het bestaan van donkere materie veronderstelt, CDM, Cold Dark Matter) voegt er maar eentje toe. En meestal hanteert men in de wetenschap het principe van Ockhams Scheermes: kies voor de hypothese die de minste aannames bevat en de minste entiteiten veronderstelt. Bron: Quanta Magazine + Triton Station (de laatste blog is van MOND-aanhanger Stacey MgGaugh – Case Western Reserve University – die er een aantal blogs aan wijdt, in de blog vind je de links).