Waarom is de theorie van de donkere materie ingevoerd?

Antwoord

Het eerste vermoeden dat er in het heelal een aanzienlijke hoeveelheid materie is die we niet zien, dateert van de jaren 1930. Het betrof metingen van sterrenstelsels in grote clusters. Net zoals we uit de bewegingen van de planeten rond de Zon de massa van de Zon kunnen bepalen (hoe meer massa de Zon heeft, hoe sneller de planeten moeten bewegen om een baan in evenwicht rond de Zon te beschrijven), kan men ook door de relatieve snelheden van sterrenstelsels in clusters de totale massa van de clusters inschatten. De massa die men vond bleek een tiental keer groter te zijn dan de massa die men schatte uit het licht van de sterren in die clusters.

Er waren dan drie mogelijkheden:

- die clusters zijn niet in evenwicht;

- er schort iets aan de gravitatietheorie die we gebruiken;

- 90% van de massa is onzichtbaar.

De eerste mogelijkheid kunnen we nu goed uitsluiten. We zien clusters ver en dicht, dus lang geleden en vandaag, en vinden geen evidentie dat clusters uiteenvallen.

In de jaren 1960 zijn er nog twee argumenten, eveneens van dynamische aard, bijgekomen. Het eerste is vrij technisch en betreft de modellering van spiraalstructuur van sterrenstelsels. Het blijkt dat om die structuur gedurende lange tijd te behouden (hetgeen de waarnemingen suggereren), er nood is aan een 'massieve halo' rond een spiraalstelsel. Het tweede betreft de waarnemingen van hoe sterrenstelsels roteren. Indien het licht van die sterrenstelsels een getrouwe weergave geeft van de massaverdeling, verwacht men dat de buitenste gebieden trager roteren dan de binnenste (zoals in ons zonnestelsel de verste planeten trager rond de Zon draaien). Dat bleek niet het geval te zijn: de buitenste gebieden van sterrenstelsels draaien veel sneller rond het centrum dan men zo zou verwachten. Opnieuw is de inbedding in een massieve halo een oplossing voor dit probleem.

De nood aan donkere materie is opnieuw opgedoken bij de problematiek van de vorming van sterrenstelsels. Indien er geen donkere materie was, dan zouden sterrenstelsels veel trager gevormd zijn in het heelal dan we waarnemen. Donkere materie is zodoende een essentieel ingrediënt geworden van de kosmologische modellen van vandaag. Het bestaan ervan blijkt ook uit zeer nauwkeurige metingen van de kosmologische achtergrondstraling zoals gedaan met de satelliet WMAP.

Er zijn nog steeds wetenschappers die beweren dat er inderdaad iets schort aan de gravitatietheorie die algemeen wordt gebruikt. Een model waarrond nogal wat te doen is, is MOND, dat staat voor 'modified Newtonian dynamics'. Maar het model heeft veel moeite om alle aanwijzingen voor donkere materie op diverse schalen te verklaren, en doet nu ook al een beroep op enige vormen van donkere materie.