Mysterieus lichtsignaal uit clusters van sterrenstelsels is waarschijnlijk geen donkere materie
Een paar jaar geleden ontdekten astronomen iets spannends: een vreemd, scherp signaal van gammastraling (extreem energierijk licht) uit drie clusters van sterrenstelsels. Sommige onderzoekers hoopten dat dit eindelijk het langverwachte bewijs was voor donkere materie, de onzichtbare stof die volgens berekeningen het grootste deel van al het materiaal in het heelal vormt. Een nieuw onderzoek zet daar nu grote vraagtekens bij.
Het gaat om een signaal met een energie van ongeveer 43 GeV (gigaelectronvolt, een eenheid voor de energie van deeltjes en straling), gezien in de richting van de Virgo-, Fornax- en Ophiuchus-clusters. Dit zijn enorme verzamelingen van duizenden sterrenstelsels, gebonden door de zwaartekracht van (vermoedelijk) donkere materie. Als donkere-materiedeeltjes elkaar daar vernietigen, zouden ze precies zo'n scherpe lichtflits kunnen produceren.
Een onderzoeksteam dook opnieuw in de gegevens van de Fermi-LAT telescoop, een ruimtetelescoop die gammastraling meet. Ze konden het signaal bevestigen: het blijft zichtbaar in dezelfde publieke data, ook na allerlei extra controles, zoals het los testen van verschillende metingen en het gebruiken van data die eerst niet was meegenomen. Gewone, bekende bronnen van gammastraling in die clusters zijn te "breed" van energie om dit scherpe signaal te verklaren.
Maar hier wringt de schoen. Als het signaal echt van donkere materie kwam, zou het geconcentreerd moeten zijn in het centrum van elke cluster, waar de meeste donkere materie zit. De onderzoekers ontdekten juist het tegenovergestelde: het signaal is verspreid over een groot gebied, tot ver in de buitenrand van de clusters. Dat past totaal niet bij het gangbare model van hoe donkere materie zich verdeelt.
Om dit signaal toch aan donkere materie toe te schrijven, zou je een hele reeks onwaarschijnlijke aannames moeten maken: dat licht (fotonen) de belangrijkste manier is waarop donkere-materiedeeltjes vervallen, dat dit proces goed blijft werken in koude, kleine klonten donkere materie, en dat die klonten bijna alle straling van de cluster moeten leveren. Bovendien zou de benodigde kracht van dat proces precies in het gebied vallen dat al door andere metingen, namelijk waarnemingen van ons eigen Melkwegstelsel, is uitgesloten.
De onderzoekers berekenen dat de kans dat dit signaal toeval is, statistisch gezien niet heel klein is: een significantie van ongeveer 2,7 sigma. Bij dit soort natuurkundig onderzoek geldt vaak een grens van 5 sigma voor een echte ontdekking. Met 2,7 sigma is de kans op een toevalstreffer dus nog behoorlijk aanwezig, zeker omdat de drie onderzochte clusters vooraf al waren geselecteerd op dit signaal.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit onderzoek toont niet aan dat er helemaal geen signaal is, en het bewijst ook niet dat donkere materie niet bestaat. Het laat vooral zien dat dit specifieke signaal waarschijnlijk niet van donkere materie komt. Mogelijk is het een statistische fluctuatie die door de manier van analyseren is uitvergroot, of komt het door onvolledig gemodelleerde achtergrondstraling uit onze eigen Melkweg of andere, nog onbekende bronnen.
Dit is één onderzoeksteam met één herbeoordeling van bestaande data. Andere wetenschappers kunnen deze analyse nog bevestigen of juist tegenspreken. Voor de zoektocht naar donkere materie blijft dit soort kritisch nakijkwerk essentieel: elke veelbelovende aanwijzing moet grondig getest worden voordat je conclusies trekt.
Bron: Right Energy, Wrong Profile: Why the 43 GeV Cluster Line Is Unlikely to Be Dark Matter