Computer wijst weg naar donkere materie

Om donkere materie te detecteren, kun je het beste min of meer in de richting van het Melkwegcentrum kijken, op zo’n tien tot dertig graden afstand....

Van onze medewerker Govert Schilling

Dat concludeert een internationaal team van sterrenkundigen onder wie de Groningse hoogleraar Amina Helmi in een artikel dat donderdag in Nature verschijnt. De verwachting is dat NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope binnen een paar jaar beet kan hebben.

Het grootste deel van de massa van het heelal bestaat uit mysterieuze donkere materie, zo blijkt uit zwaartekrachtmetingen. Vermoedelijk gaat het om onbekende elementaire deeltjes. In gebieden waar de donkere-materiedichtheid hoog is, komen die deeltjes met elkaar in botsing en wordt hun massa omgezet in energie.

Die zwakke gammastraling zou opgepikt kunnen worden door de gevoelige Fermi-kunstmaan, die afgelopen voorjaar is gelanceerd.

Maar uit welke richting aan de hemel valt het sterkste signaal te verwachten? Zijn er kleine concentraties van donkere materie in de buurt van het zonnestelsel, die weliswaar weinig gammastraling produceren maar door hun kleine afstand toch goed waarneembaar zijn?

Bieden de kernen van naburige dwergstelsels meer kans op succes? Of verwacht je het sterkste signaal uit de binnendelen van de donkere-materiehalo die ons Melkwegstelsel omhult?

Na een monstersimulatie van in totaal drieënhalf miljoen processor-uren op de grootste Europese supercomputers denken Volker Springel (Max Planck Instituut voor Astrofysica in Garching) en zijn collega’s het antwoord te weten. Door de samenklontering van donkere materie in detail na te bootsen, kunnen ze precies voorspellen waar de meeste gammastraling wordt verwacht, en hoe gemakkelijk die vanaf de aarde gedetecteerd kan worden.

Eerder onderzoek leek uit te wijzen dat dwergstelsels de grootste succeskansen boden, maar volgens Springels team kan Fermi zich veel beter richten op de binnendelen van de Melkweghalo. De auteurs sluiten overigens niet uit dat de ruimtetelescoop ook kleinere concentraties van donkere materie in de omgeving van het Melkwegstelsel kan detecteren.

‘De speurtocht naar donkere materie bevindt zich op een keerpunt,’ aldus de Franse kosmoloog Stéphane Colombi in een begeleidend commentaar in Nature. ‘Springel en zijn collega’s hebben een grote stap voorwaarts gezet in de computationele kosmologie.’

Meer over