Hoe weten we dat het bestaat?
Vier onafhankelijke aanwijzingen, vanaf 1933 verzameld:
- Rotatie van sterrenstelsels — sterren aan de buitenrand draaien net zo snel als die in het midden. Volgens Newton kan dat alleen als er veel meer (onzichtbare) massa aanwezig is.
- Snelheden in clusters — Fritz Zwicky merkte in 1933 dat sterrenstelsels in clusters veel sneller bewegen dan de zichtbare massa kan verklaren.
- Gravitationele lensing — licht buigt rond massa. Beeldverstoringen rond clusters laten zien dat er veel meer massa aanwezig is dan de zichtbare materie.
- Kosmische microgolfachtergrond — de fluctuaties in deze straling passen alleen bij een heelal met ongeveer 27% donkere materie.
Waar bestaat het uit?
Dat weten we niet. Er zijn meerdere kandidaten:
- WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) — hypothetische zware deeltjes die alleen via zwaartekracht en zwakke kernkracht reageren.
- Axionen — zeer lichte deeltjes voorgesteld om andere problemen in de natuurkunde op te lossen.
- Steriele neutrino's — een onontdekte vorm van neutrino.
- Primordiale zwarte gaten — zwarte gaten uit het zeer vroege heelal.
Detectie-experimenten in diepe mijnen (zoals XENONnT) en in deeltjesversnellers zoeken al decennia. Tot nu toe: geen directe vondst.
Donkere materie vs. donkere energie
Pas op: donkere materie en donkere energie zijn twee verschillende dingen.
- Donkere materie — werkt zoals zwaartekracht: trekt aan en houdt sterrenstelsels bij elkaar.
- Donkere energie — werkt averechts: duwt het heelal uit elkaar en versnelt de uitdijing.
Alternatieven
Sommige natuurkundigen denken dat we niet een nieuw deeltje nodig hebben, maar dat Newton's zwaartekrachtwet op grote schaal aangepast moet worden (Modified Newtonian Dynamics, MOND). Tot nu toe verklaart MOND echter niet alles wat donkere materie wel verklaart.