Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

In de afgelopen eeuw zijn we veel te weten gekomen over het heelal. We weten nu dat de zon een van de vele miljarden sterren is in de Melkweg, een sterrenstelsel dat zich over meer dan honderd lichtjaren uitstrekt. We weten hoe zwaar sterren zijn, hoe ze langzaam enorme hoeveelheden waterstof fuseren tot helium en hoe ze de energie die hierbij onder andere vrijkomt als licht wegstralen. We weten hoe sterren aan het eind van hun leven allerlei verschillende atomen maken en daarmee de ruimte om hen heen vervuilen. Dankzij dit kosmisch afval bestaan wij. Sterren zijn de bouwstenen van sterrenstelsels, maar als we krachtige telescopen op de hemel richten, zien we enorme aantallen sterrenstelsels, elk met miljarden sterren, die enorme structuren vormen in een uitdijend heelal. Dit alles begon ongeveer 13,6 miljard jaar geleden met de oerknal. Dit weten we niet alleen, maar we kunnen het dankzij moderne natuurkundige theorieën ook begrijpen.

Auteur: Henk Hoekstra

Het bestaan van donkere energie en materie
Ons begrip begint echter te wankelen als we kijken naar de snelheden van sterren in onze Melkweg. Deze bewegen onder invloed van de zwaartekracht van het hele stelsel in een cirkelbaan om het centrum heen. De beweging van sterren kunnen we zo gebruiken als een sensor voor de zwaartekracht. We kunnen de zwaartekracht die alle sterren op elkaar uitoefenen ook berekenen. Als we de twee verschillende resultaten vergelijken, blijkt dat er een probleem is: de sterren bewegen sneller dan we op basis van de zichtbare materie zouden verwachten. We weten inmiddels meer dan vijftig jaar dat dit het geval is voor (bijna) alle sterrenstelsels. Is Einsteins algemene relativiteitstheorie – die de zwaartekracht beschrijft – aan vervanging toe? Of missen we iets? Inmiddels suggereert een grote verscheidenheid aan waarnemingen dat er extra – onzichtbare – materie aanwezig is. En niet een klein beetje ook: in termen van massa is er vijf keer zo veel ‘donkere materie’ als ‘gewone’ atomaire materie.

Lees het volledige artikel in het juninummer van het NTvN of klik hier.