De ruimtelijke verdeling van meer dan vier miljoen sterrenstelsels, zoals gemeten door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Credit: Sloan Digital Sky Survey Collaboration,
Wat nou als donkere materie helemaal niet bestaat? Wat nou als 85% van alle materie in het heelal niet bestaat uit donkere materie, maar alles bestaat uit gewone materie, materie van protonen, elektronen en neutronen, waar jij en ik en alle sterren uit zijn opgebouwd? Wat nou als die donkere materie toch niet bestaat, ondanks de vrachtlading aan indirecte bewijzen voor z’n bestaan, veelal observationele aanwijzingen, zoals de vlakke rotatiecurves van sterrenstelsel, de zwaartekrachtlenzen en de pieken in het powerspectrum van de kosmische microgolf-achtergrondstraling? Dán staat één ding als een paal boven water: dan kloppen de zwaartekrachtwetten van Newton en Einstein niet, die van Newton voor de situaties met zwakke zwaartekracht en die van Einstein voor situaties bij sterke zwaartekracht. Dan moet er een andere zwaartekrachtwet komen, die al die observationele aanwijzingen kan verklaren. En dan komen we meteen bij het recente werk van de twee kosmologen Kris Pardo (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) en David Spergel (Princeton University), die hebben gekeken wat je voor theorie nodig hebt om een heelal zonder donkere materie te verklaren. Zij keken naar de de verdeling van materie in het heelal zoals die er 380.000 jaar na de oerknal uitzag, zoals te zien aan de straling van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), zoals gemeten door de Europese Planck satelliet, en zoals die verdeling er nu uitziet, 13,8 miljard jaar later. Op basis van die verdeling vroeger en nu komen ze met een wiskundige functie hoe zwaartekracht zónder de aanwezigheid van donkere materie in z’n werk moet zijn gegaan om van de vroegere verdeling bij de huidige verdeling uit te komen.
Voorstelling van grootschalige baryonische accoustische oscillaties in het vroege heelal. De aangegeven lengte is 500 miljoen lichtjaar. Credit: LBNL
Wat blijkt: de functie slingert heen en weer tussen positieve en negatieve waarden, bij sommige lengteschalen werkt de zwaartekracht negatief en bij andere lengteschalen positief – men leze hier hun berekeningen. Dat zou dan verklaren waarom de grootschalige zogeheten baryonische accoustische oscillaties (BAO’s), die vooral bij schalen van pakweg 500 miljoen lichtjaar lengte actief zijn, langzaam webebben en de kleinere sterrenstelsels van pakweg een paar honderdduizend lichtjaar tevoorschijn komen. Maar ja, dat is toch tamelijk absurd, supervreemd zoals Pardo het noemt. Sterrenkundigen zijn echter wel gewend om supervreemde theorieën te bedenken en inderdaad heeft een ander tweetal kosmologen, Constantinos Skordis en Tom Zlosnik (Tsjechische Academie van Wetenschappen) de handschoen opgepakt en zijn zij gekomen met zo’n zwaartekracht – we hadden het er eerder ook al over. Om dat voor elkaar te krijgen voegen ze aan Einstein’s veldvergelijking van de zwaartekracht uit 1915 een extra term toe, een zogeheten scalar veld van energie.
Einstein’s veldvergelijking, basis van de Algemene Relativiteitstheorie uit 1915. De term Lambda (Λ) is de kosmologische term en die werd er door Einstein pas in 1917 aan toegevoegd.
Bij grote schaalgroottes zou dat scalarveld zich als materie gedragen en zou het alleen in interactie met zichzelf zijn, zodat het donkere materie ‘nadoet’. Pardo heeft in een reactie die theorie erg interessant genoemd, maar wijst er wel op dat Skordis en Zlosnik het ene mysterieuze ding, donkere materie, vervangen door een ander mysterieus ding, het scalar energieveld. En ja, donkere materie is wat dat betreft toch een stuk simpeler, aldus Pardo. Bron: Science.
