In een ontdekking die een nieuw venster zou kunnen openen op een van de grootste mysteries van de natuurkunde, zeggen onderzoekers van Universiteit van Tel Aviv hebben voorspeld wat we zouden kunnen vinden door af te stemmen op radiogolven vanaf het begin der tijden. Hun nieuwe studie, geleid door prof. Rennan Barkana van de Sackler School of Physics and Astronomy en gepubliceerd in het journaal Natuur Astronomiesuggereert dat donkere materie in het vroege heelal ‘dichte klonten’ vormde, waardoor waterstofgas gedwongen werd een krachtig, cumulatief radiosignaal uit te zenden. Dit is belangrijk omdat het een theoretische routekaart biedt voor het detecteren van donkere materie, niet door het te zien, maar door te *luisteren* naar de diepgaande invloed ervan op de eerste atomen van het universum, en een manier biedt om het in zijn ongerepte, onaangeroerde staat te bestuderen.
Een venster op de kosmische ‘donkere eeuwen’
Het meeste van ons nieuws over het vroege heelal komt van NASA’s James Webb-ruimtetelescoop, die het licht van de eerste sterrenstelsels waarneemt, ongeveer 300 miljoen jaar na de oerknal. Dit nieuwe onderzoek gaat echter nog verder terug naar een mysterieuzer en vroeger tijdperk: de “kosmische donkere middeleeuwen.” Deze periode, slechts 100 miljoen jaar na de oerknal, was een tijd voordat er één enkele ster was gevormd. Het universum was een donkere, onzichtbare soep van twee hoofdingrediënten: waterstofgas en de mysterieuze donkere materie waarvan we weten dat deze het grootste deel van de materie in de kosmos uitmaakt.
Hoe je het onzichtbare kunt ontdekken
Je kunt donkere materie niet rechtstreeks zien. Dus, hoe bestudeer je het? De onderzoekers voerden computersimulaties uit om de handtekening ervan te vinden. Ze voorspellen dat donkere materie tijdens de donkere middeleeuwen niet gelijkmatig verspreid was. Het verzamelde zich in dichte klontenof ‘klompjes’, waarvan de grootte en vorm afhangen van de onbekende eigenschappen van donkere materie zelf. Hoewel deze klonten onzichtbaar zijn, is hun zwaartekracht dat niet. Ze zouden krachtig het overvloedige waterstofgas hebben aangezogen dat het universum vulde. Toen dit gas in de zwaartekrachtsgreep van de donkere materie terechtkwam, zou het intense radiogolven hebben uitgezonden. Hoewel het signaal van elk afzonderlijk klontje te zwak is, voorspelt het team dat de “cumulatief effect” van al deze klonten zou een detecteerbare ‘gemiddelde radio-intensiteit’ over de hele hemel ontstaan. Luisteren naar dit signaal zou ons iets kunnen vertellen over de klonten die het hebben gecreëerd, en dus over de aard van donkere materie zelf. Er zit natuurlijk een addertje onder het gras. Je kunt dit oude kosmische radiostation niet vanaf de aarde horen. De specifieke radiogolven uit de donkere middeleeuwen zijn dat wel geblokkeerd door de atmosfeer van onze planeet. Om hierop af te stemmen hebben we een radiotelescoop in de ruimte nodig, en de best mogelijke locatie is de maan. Het maanoppervlak biedt de perfecte luisterpost: het heeft geen atmosfeer die het signaal blokkeert en, net zo belangrijk, het is afgeschermd tegen het constante, oorverdovende gebrul van door mensen veroorzaakte radio-interferentie van onze eigen mobiele telefoons, Wi-Fi en satellieten. Dit idee, ooit pure sciencefiction, is plotseling plausibel. Er is een nieuwe mondiale maanrace gaande, waarbij de VS, Europa, China en India allemaal nieuwe maanmissies plannen en actief op zoek gaan naar belangrijke wetenschappelijke doelstellingen daarvoor. De ‘kosmische donkere middeleeuwen’ eindigden uiteindelijk met de ‘kosmische dageraad’, toen de eerste sterren ontbrandden. Het licht van deze eerste sterren is dramatisch versterkte het originele radiosignaalwaardoor het veel sterker wordt. Dit luidere, latere signaal is wat enorme nieuwe telescopen op de grond, zoals de Vierkante kilometerarray (SKA) in Australië worden gebouwd om te vinden. De SKA, een wereldwijd samenwerkingsverband waarbij 80.000 antennes betrokken zijn, zal proberen dit versterkte signaal in kaart te brengen om erachter te komen waar de eerste sterren en donkere materieklonten zich bevonden. De wisselwerking is simpel: het signaal van de ‘kosmische dageraad’ is luider, maar het is ook ‘moeilijker te interpreteren’, zoals prof. Barkana opmerkt, omdat de sterren zelf hun eigen complexe ruis toevoegen. De ‘kosmische donkere middeleeuwen’ zijn daarentegen een “ongerept laboratorium”– de enige die ooit zal bestaan. Het is onze enige kans om het gedrag van donkere materie in zijn oorspronkelijke staat te bestuderen, voordat het overige vuurwerk in het universum afging en het bewijsmateriaal ‘besmet’.
