Het kan gewoon lawaai zijn.
Maar het kan ook het universum zijn dat geheimen fluistert die het ons nog niet eerder heeft verteld. Wetenschappers van MIT en verschillende Europese partners hebben een nieuwe methode ontwikkeld om zwaartekrachtgolven te scannen op vingerafdrukken van donkere materie. Concreet het soort donkere materie dat rond samensmeltende zwarte gaten rondhangt.
Weet je hoe zwarte gaten samensmelten? Die gebeurtenis zendt rimpelingen door de ruimte-tijd. Wij vangen die rimpelingen hier op aarde op. De theorie is deze: als zwarte gaten met elkaar in botsing komen terwijl ze door een dikke mist van onzichtbare materie waden, zou die mist de rimpelingen moeten veranderen. Slechts een klein beetje. Als een lepel die dikke soep roert versus heldere bouillon.
Het team gokte niet alleen. Ze bouwden modellen. Simulaties van twee zwarte gaten die in een vacuüm dooddansen, en vervolgens simulaties waarin ze hetzelfde doen terwijl ze zijn ondergedompeld in dichte wolken van donkere materie. Daarna gingen ze de archieven in.
Openbare gegevens van LIGO-Virgo-Kagoa (LVK).
Ze keken naar de eerste drie observatieruns van deze gevoelige machines. Honderden signalen. De meesten genegeerd. De onderzoekers zoomden in op de 28 schoonste, luidste gebeurtenissen.
Zevenentwintig van hen? Saai. Standaardprobleem vacuümfusies. Niets onverwachts daar.
Eén viel op.
GW190728. Gedetecteerd op 28 juli 2019. Uit de gegevens blijkt dat het niet in een lege ruimte is samengevoegd. Het ging op in een menigte. Een dichte zak donkere materie.
Voordat je je champagne pakt. Houd het vast.
Dit is geen bevestigde ontdekking van donkere materie. Niet eens in de buurt. Het is een hint. Een statistische voorkeur voor het ene model boven het andere. Het betekent dat als je de cijfers uitvoert met hun donkere materie-sjabloon, GW19040728 beter past dan bij het vacuümmodel. Het is veelbelovend, ja, maar er is meer bewijs voor nodig. Veel ervan.
Josu Aurrekoetxea van MIT zei het botweg. Zonder tools zoals degene die hij en zijn team hebben ontwikkeld, zouden we de fusie van zwarte gaten toch hebben gedetecteerd. Maar we zouden ten onrechte hebben aangenomen dat het in een vacuüm gebeurde. We zouden de context gemist hebben. Nu kunnen we de vraag tenminste goed stellen.
Waarom is dit überhaupt mogelijk?
Omdat zwarte gaten zwaartekrachtmonsters zijn.
Donkere materie is door haar ontwerp ongrijpbaar. Het glanst niet. Het reflecteert geen licht. Het raakt nauwelijks iets behalve de zwaartekracht zelf. Astronomen ontdekten dit tientallen jaren geleden toen ze zich realiseerden dat sterrenstelsels te snel ronddraaiden. Iets onzichtbaars hield hen bij elkaar. Wij denken dat ‘iets’ 85 procent van alle materie in het universum uitmaakt.
Hier is het rare natuurkundegedeelte. Sommige theorieën zeggen dat donkere materie uit superlichte deeltjes zou kunnen bestaan – ‘lichte scalaires’. Wanneer deze deeltjes dicht bij een snel ronddraaiend zwart gat komen, gebeurt er iets dat superstraling wordt genoemd. Het zwarte gat geeft zijn spin aan de deeltjes. Het dumpt rotatie-energie in hen. Dit proces kan een dichte wolk, in wezen een ‘wolk van licht’, rond het gat vormen.
Die wolk heeft massa. Die massa interageert met het gat voordat ze uiteindelijk neerstorten. En die interactie? Het verandert de muziek van de botsing. De zwaartekrachtgolfvorm wordt vervormd.
Dat is het signaal waar het team van Aurrekoetxea naar op zoek was.
Gebeurde GW1907219 in de buurt van een lichtwolk? De wiskunde zegt ‘misschien’. De statistieken zeggen ‘niet doorslaggevend’.
Dus waarom zou je dit überhaupt doen?
Omdat we bijna geen andere plekken meer hebben om te kijken. We kunnen donkere materie niet rechtstreeks zien. We kunnen alleen maar raden hoe zwaar het is. Met deze aanpak kunnen we schaalgroottes onderzoeken die veel kleiner zijn dan voorheen.
“Het is een spannende tijd”, zegt Soumen Roy, verwijzend naar de co-auteur die de data-analyse verzorgde.
Hij heeft geen ongelijk.
We zitten hier op aarde en vangen zwaartekrachtgolven van miljarden jaren geleden op, in de hoop op een storing in de matrix. GW1905028 zou dat probleem kunnen zijn. Of het kan gewoon zijn dat het universum om andere redenen raar is. Onafhankelijke groepen moeten het werk controleren. De modellen behoeven verfijning. Er moeten meer gegevens binnenstromen.
Tot die tijd blijft de vraag in de lucht hangen, onbeantwoord en intrigerend.
Als de volgende samensmelting klinkt als een vacuüm… maakt dat donkere materie dan nog vreemder dan we dachten?
