Wat is donkere materie ? Zelfs met de gevoeligste en meest geavanceerde instrumenten kunne we deze ongrijpbare stof niet detecteren. Toch zijn astrofysici overtuigd dat het grootste deel van het heelal eruit bestaat. Uit allerlei fenomenen leiden astrofysici af dat donkere materie moet bestaan, maar ze hebben ze tot hiertoe nog niet direct kunnen warnemen. Dit zou te wijten zijn aan het feit dat mensen zijn uitgerust met 5 zintuigen, die stuk voor stuk gebaseerd zijn op elektromagnetisch interacties. Wij kunnen gewone materie zien dank zij de elektrische ladingen van de elektronen die een atoomkern omringen. Maar mogelijk is de meeste materie opgebouwd uit iets totaal anders dan atomen. Materie is elke substantie die interacties ondergaat met de zwaartekracht en er is geen enkele reden waarom materie altijd zou moeten bestaan uit deeltjes met een elektrische lading. Materie die geen elektromagnetische interacties vertoont is onzichtbaar voor onze ogen. Niemand heeft donkere materie ooit direct met eigen ogen of met hulp van de meest gevoelige optische instrumenten gezien, maar toch zijn we ervan overtuigd dat ze bestaat, op grond van de talrijke gravitationele effecten die zij uitoefent. Om een paar voorbeelden te noemen: ze beïnvloedt de bewegingen van de sterren in ons melkwegstelsel. De zwaartekracht van de gewone materie zou ontoereikend zijn om de snel rondrazende sterren in hun baan te houden en hetzelfde geldt voor de bewegingen van sterrenstelsels binnen een cluster. De donkere materie liet sporen achter in de kosmische achtergrondstraling die is overgebleven uit de tijd van de oerknal. Verder heeft ze invloed op de banen van zichtbare materie die vrijkomt bij een oerknal en op het fenomeen van gravitatielenzen, waarbij licht wordt afgebogen door het zwaartekrachtveld rondom een ster, sterrenstelsel of zwart gat. In samensmeltende clusters van sterrenstelsels maken zichtbare en onzichtbare materie zich van elkaar los.
Omdat donkere materie vijf keer zoveel massa vertegenwoordigt als gewone materie en bovendien niet direct interageert met licht, speelde zij een cruciale rol in de evolutie van ons heelal en in het ontstaan van sterren, planeten en zelfs het leven. Als er geen donkere materie was geweest, zou de kosmische straling het samenklonteren tot een galactische structuur te lang hebben verhinderd en zelfs hebben uitgewist zodat het heelal homogeen en rimpelloos zou gebleven zijn. Objectief beschouwd is er geen enkele reden waarom zichtbare materie de enige vorm van materie zou moeten zijn die er bestaat. De verwarring en verbijstering die mensen ervaren bij de kennismaking van dit concept is misschien deel het gevolg van de naam. We zouden donkere materie beter doorzichtige materie noemen, want licht gaat er dwars doorheen, net als bij transparante substanties. Alleen is de aard van donkere materie allesbehalve transparant en de natuur- en sterrenkundigen zouden graag op een meer fundamenteel niveau begrijpen wat donkere materie eigenlijk is. Is ze opgebouwd uit een nog onbekend type elementaire deeltjes of bestaat ze uit een onzichtbaar compact object zoals een zwart gat? Deeltjes die uiterst zwakke interacties hebben met gewone materie of interacties met zichzelf die zich onttrekken aan waarneming door onze zintuigen? Als we geluk hebben kunnen grote ondergrondse detectoren, satellieten in de ruimte of de LHC van het CERN bij Genève in de toekomst wellicht deeltjes donkere materie detecteren indien ze toch heel zwakke niet-gravitationele interacties aangaan met gewone materie of met zichzelf. d Bepaalde compacte structuren of structuren die lijken op de Melkweg zouden kunnen duiden op het bestaan van één of meer typen donkere-materiedeeltjes met elkaar interageren en het is denkbaar dat we hypothetische deeltjes, axionen genaamd, die interageren met magnetische velden kunnen detecteren. De onderzoekers staan in elk geval in de startblokken om eventueel een aantal interessante eigenschappen van dit wonderbaarlijke mysterie te ontdekken en te begrijpen. Bron: ‘Een astrofysisch Mysterie’ door Lisa Randall in EOS september 2018, p39-41