Donkere materie

Ook voor natuurkundigen bevat het universum nog veel mysteries. Een van de grootste hiervan is donkere materie.

door Gerben de Jong

Als je een kogel aan een touwtje rondslingert, is het de spankracht in het touwtje dat de kogel in een cirkelbaan trekt. De spankracht speelt dan de rol van middelpuntzoekende kracht, of “centripetale kracht”. Verder werkt er geen enkele kracht. Dus er is niet zoiets als een middelpuntvliedende kracht. Zonder de spankracht zou de kogel rechtdoor vliegen. Wanneer er een massa in een cirkelvormige baan beweegt, is er altijd een kracht die de rol van middelpuntzoekende kracht speelt.

Zoals bijvoorbeeld de spankracht in het touwtje van het eerste voorbeeld. Of de elektrische kracht op een elektron in een atoom.

Of de gravitatiekracht op een planeet rond de zon. Ook in ons melkwegstelsel draaien de sterren rond een middelpunt. Dat middelpunt is een heel groot zwart gat van 4 miljoen zonnen zwaar. De krachten die de sterren in hun cirkelvormige baan rond het midden houden is ook de gravitatiekracht. Dan verwacht je dat de snelheid van die sterren naar buiten toe steeds kleiner wordt. Net als bij de planeten rond de zon:

Maar wat blijkt!?

De snelheid van de sterren aan de buitenkant van het melkwegstelsel gaan veel te hard. Volgens de wetten van Newton zou de snelheid van de sterren naar de buitenkant van het melkwegstelsel steeds wat kleiner moeten worden omdat ze anders uit de bocht vliegen en in de open ruimte terecht komen. Metingen wijzen echter uit dat de snelheid vanuit het midden naar buiten vrijwel hetzelfde blijft. Waarom blijven de buitenste sterren dan in hun baan en vliegen ze niet weg!?

Dat is één van de grote vragen in de sterrenkunde op dit moment. Er zijn verschillende oplossingen bedacht:

Er is kennelijk veel meer materie in het melkwegstelsel dan we op het eerste oog zien. We zien alleen de sterren die licht geven. Maar er is ook een heleboel stof. Is er genoeg stof om de te grote snelheden te verklaren? Neen, er moet nog meer materie zijn die we niet kunnen zien: donkere materie. Alle materie samen moet voor wel 84,7 % uit donkere materie bestaan, 13,8 % stof en slechts 1,5 % sterren. Het is geen overtuigende oplossing. Hoewel onderzoeksgroepen op de universiteiten op zoek zijn naar zwarte materie, zijn er ondertussen ook andere theorieën voorgesteld.

In het boek “Het elektrische heelal” wordt gesteld dat naast de gravitatiekracht er ook elektrische krachten werken door de vrije lading die in het heelal aanwezig is. Het is een theorie die nogal wat weerstand opgeroepen heeft.
De wetten van Newton kunnen zodanig worden aangepast dat de manier waarop ze werken op onze schaal hetzelfde blijft, terwijl ze op de schaal van het melkwegstelsel heel andere uitkomsten voorspellen. (Modified Newtonian Dynamics) Er wordt een factor μ ingevoerd die 1 is op kleinere schaal (dan blijft alles hetzelfde) maar die een bepaalde verhouding geeft op hele grote schaal waardoor de gravitatiekracht die werkt een veel grotere waarde krijgt.
Prof. Erik Verlinde heeft de zwaartekracht gedefinieerd als een gevolg van onderliggende processen. De werkelijke gravitatie zou afkomstig zijn van verschillen in informatiedichtheid. Waarbij die informatie gaat over de samenstelling van de materie (dus bijvoorbeeld sterren). Aan de rand van het melkwegstelsel is een scherpe scheiding tussen veel informatie (de sterren aan de rand) en vrijwel geen informatie (de lege ruimte daar buiten). Deze scherpe overgang zou resulteren in een extra druk op de buitenste ronddraaiende sterren naar het midden van de Melkweg.

Er is nog geen bewezen theorie. Nieuwe mogelijkheden kunnen zich ook nog aandienen. Dus wie zich wil verdiepen in de sterrenkunde aan de rand van wat er nu bekend is…

Meer lezen van Gerben de Jong.

Gerben de jong is voorzitter van Sterrenvereniging Astra Alteria en heeft als docent natuurkunde op het Marnix College te Ede gewerkt. Op het Marnix College en ook op de school waar hij voor het Marnix werkte heeft hij jaarlijks een clubje brugklasleerlingen begeleid die geïnteresseerd waren in sterrenkunde: de Milky Way Club. Gerben wil ons graag laten zien hoe mooi en vooral wijds de sterrenhemel is.

Afdrukken E-mailadres