Impressie van de BBN, waarin protonen (p) en neutronen (n) in het vroege heelal lichte elementen vormen. Donkere materie (χ) heeft daar ook invloed op gehad. Credit: Cara Giovanetti/New York University
Een team van natuurkundigen van New York University’s Department of Physics onder leiding van Cara Giovanetti heeft in een nieuwe analyse betere voorspellingen voor ‘kosmologische signaturen’ van donkere materie geleverd. Basis voor de analyse vormen bekende parameters van het heelal. zoals de waargenomen hoeveelheid helium in het heelal. Dat is het op één na lichtste element in het heelal en het is een product van de zogeheten big bang nucleosynthesis (BBN), dat vroeg in het heelal plaatsvond en waarbij de lichte elementen waterstof, helium en lithium werden gevormd. Donkere materie moet ook invloed hebben gehad op dat proces en daarom is het belangrijk om kennis te hebben van de abundantie van die lichte elementen. Ook keken Giovanetti en haar team naar de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), het restant van de hete straling van het heelal, waarin donkere materie ook een signatuur heeft achtergelaten.
Men zocht vervolgens naar een manier om de aanwezigheid van een specifieke categorie donkere materie op te sporen – die met een massa tussen die van het elektron en het proton – door modellen te maken die rekening houden met zowel de BBN als de CMB. De resultaten waren dat donkere materie dat te licht is, zal leiden tot andere hoeveelheden lichte elementen dan wat de waarnemingen laten zien. “Lichtere vormen van donkere materie kunnen ervoor zorgen dat het universum zo snel uitdijt dat deze elementen geen kans krijgen om zich te vormen”, zegt teamleider Giovanetti, die één van de scenario’s schetst. “We leren van onze analyse dat sommige modellen van donkere materie geen massa kunnen hebben die te klein is, anders zou het universum er anders uitzien dan het universum dat we waarnemen”, voegt ze eraan toe. De ondergrens van deeltjes donkere materie dat uit het onderzoek naar voren komt is 4 MeV. Hier het vakartikel over het onderzoek aan de BBN en CMB, verschenen in Physical Review Letters, 2022; 129 (2). Bron: NYE.
