Astronomen stellen een ‘spiegeluniversum’ voor als mogelijke verklaring voor donkere materie

Een groep natuurkundigen heeft het idee opgeworpen dat een spiegeluniversum, een heelal dat naast ons eigen zichtbare heelal bestaat, donkere materie kan verklaren. Ze stellen dat er sporen van miljoenen ‘spiegelsterren’ uit dit universum te ontdekken zijn en mogelijk bevindt DM zich in dit spiegeluniversum, dat parallel aan ons eigen universum bestaat. Dit team, met als eerste auteur Isabella Armstrong, van de Universiteit van Toronto, ging op zoek naar deze spiegelsterren om dit idee te kunnen staven.

Donkere materie, meer dan één soort?..
Donkere materie is een nog niet ontdekte vorm van materie die ongeveer 85 procent van de totale massa van het universum uitmaakt. De aard van DM blijft vooralsnog dan ook een mysterie maar astronomen beschikken wel over onafhankelijke bewijsstukken die allemaal wijzen op het bestaan van een vorm van materie in het universum die feitelijk onzichtbaar is. Deze raadselachtige substantie heeft geen interactie met licht, maar het heeft wel een zwaartekrachtinvloed uit op ‘normale’ materie. Donkere materie houdt sterrenstelsels aan elkaar ‘gelijmd’ zeg maar, en buigt het pad van achtergrondlicht door het hele universum, maar ondanks deze aanwijzingen voor het bestaan ervan, blijft de identiteit van DM onbekend.

Tientallen jaren lang gingen kosmologen ervan uit dat er maar één soort DM was, een enkele soort die het universum domineert, maar inmiddels begint men zich af te vragen of DM mogelijk net zo gevarieerd is als het ‘normale’ universum. Dit team voorspelt bijvoorbeeld het bestaan van een ’tweelinguniversum’ of ‘spiegeluniversum’ voor elk ‘normaal’ materiedeeltje dat in de donkere sector leeft. Om te verklaren waar deze DM vandaan komt, komen zij nu met het idee van een spiegeluniversum aan. Dit universum zou bestaan uit atomaire donkere materie, dat donkere-materieversies van onze ‘gewone’ atomen bevat. In deze visie op de kosmos zouden er donkere elektronen, donkere quarks, donkere neutrino’s, enz. zijn die allemaal met elkaar in wisselwerking staan via hun eigen reeks fundamentele krachten, volkomen vreemd aan de krachten die wij kennen. Hoe deze theorie te testen hebben de astronomen uitgewerkt in dit ArXiv artikel.

Spiegelheelal
Isabella Armstrong, stelt “Je krijgt sterren die lijken op ‘normale’ sterren die wij zien, zoals onze zon, maar ze zouden bestaan uit donkee materie” En “Ze zouden donkere fotonen uitzenden.” Spiegelsterren zouden ontstaan in een proces dat analoog is aan de vorming van ‘gewone’sterren; net als bij ‘gewone’ sterren zou er kernfusie plaatsvinden in hun kern, maar dan met donkere waterstof, die samensmelt tot donker helium. Zulke sterren zouden ‘gewoon’ in ons universum kunnen bestaan, alleen zouden ze geen zichtbaar licht uitstralen, en behalve via hun zwaartekracht ook geen invloed hebben op de materie in ons universum. Dat zou ze onzichtbaar maken voor telescopen. Het is alsof ze zich een in universum bevinden dat geen effect heeft op het onze: een soort spiegelheelal. Armstrong e.a. hebben een manier voorgesteld waarop zulke sterren tóch kunnen worden gezien; dat is mogelijk als er ‘klonters’ gewone materie in schuilgaan. Als zo’n spiegelster zich door een (gewoon) sterrenstelsel beweegt, trekt hij met zijn zwaartekracht aan de ‘gewone’ materie, zoals het gas in het stelsel. “Dat gas warmt op en begint dan licht uit te zenden”, aldus Armstrong.

Het klompje zichtbare materie binnenin de onzichtbare spiegelster zou ook oplichten. Het zou eruitzien als een witte dwerg, de overblijfselen van zonachtige sterren die het eind van hun leven hebben bereikt. Maar in tegenstelling tot witte dwergen, zou dit klontertje spiegelstermaterie een opvallende portie röntgenstraling en zichtbaar licht uitzenden, stellen de onderzoekers. “Dus zo kun je ze uit elkaar houden”, aldus Armstrong. Natuurkundige Rabindra Mohapatra van de Amerikaanse Universiteit van Maryland vindt het idee van spiegelsterren en een donker universum ‘plausibel’, maar plaatst ook een kanttekening. Als spiegelsterren al ooit hebben bestaan, zouden ze een kortere levensduur hebben dan gewone sterren, en daardoor zouden ze inmiddels allang zijn verdwenen. Mohapatra “De dichtheid is lager in de spiegelwereld” en vervolgt  “Daardoor verbruiken zulke sterren hun brandstof veel sneller en is hun levensduur tien keer korter dan die van gewone sterren. Aan het eind van hun leven zouden deze sterren de DM-varianten van zwarte gaten of neutronensterren vormen.”

Het idee van spiegelsterren en een spiegeluniversum is erg speculatief. Toekomstige telescopen die ernaar kunnen gaan zoeken zijn o.a. het Vera C. Rubin-observatorium in Chili, dat vanaf 2025 een grootschalig onderzoek van het heelal zal uitvoeren. Dit nieuwe apparaat zal naar verwachting veel zwakke lichtobjecten gaan ontdekken. Bronnen; LiveScience, NewScientist, ESA, NASA