Sterrenkundigen kunnen zo’n tachtig procent van hun onderzoeksgebied niet vinden. Er zijn allerlei manieren waarop je kunt bepalen hoe zwaar een sterrenstelsel of een cluster van sterrenstelsels zou moeten zijn; de mate waarin ze licht afbuigen en de snelheid waarmee ze om hun as draaien, hangen bijvoorbeeld af van de massa. Dan blijkt keer op keer dat er veel meer spul moet zijn dan de sterrenkundigen daadwerkelijk zien.
De grote vraag is: wat voor spul?
Sterrenkundigen spreken van ‘donkere materie’, maar het is in elk geval niet de bekende materie waar mensen en planeten en tandpasta van gemaakt zijn. Sinds de Leidse astronoom Jan Hendrik Oort in de jaren dertig van de vorige eeuw postuleerde dat er donkere materie moest zijn, hebben sterrenkundigen en fysici zich kapot gezocht naar de aard van het goedje. De ontdekker staat eeuwige roem te wachten, en een Nobelprijs.
Dus toen vorig jaar een raar signaal gevonden werd, keek de hele wereld op. Twee teams van wetenschappers, waarvan eentje met de Leidenaren Alexey Boyarsky en Jeroen Franse erin, kwamen tegelijkertijd met dezelfde vondst. In de röntgenstraling van sterrenstelsel Andromeda en dat van het Perseus-cluster zat een piek op een plek die niemand kon verklaren. Maar het zóu kunnen dat er röntgenstraling van precies die frequentie vrijkwam bij het uiteen vallen van zogeheten steriele neutrino’s, vooralsnog hypothetische donkere-materie-kandidaten.
Vervolgens was het zaak om het bewijs te versterken. Franse en Boyarsky vonden hun piekje terug in het centrum van onze eigen Melkweg, al waren er ook sterrenkundigen die de piek niet terugzagen in hun data. En als die piek echt bestaat, is het dan ook echt de geurvlag van donkere materie?
In een stuk in het vaktijdschrift Astronomy & Astrophysics kwam een team van de ruimteonderzoeksstichting SRON en de University of Georgia vorige week met een alternatieve verklaring. Die behelst ladingoverdracht tussen heet en koud gas. In dit hete gas zitten atomen die geïoniseerd zijn: ze zijn een aantal van hun elektronen kwijt. Als het hete gas dan botst op koud gas (vooral waterstof), dan springen er elektronen over. Bij die overdracht komt een beetje straling vrij. Bij één specifieke overdracht, waarbij de elektronen naar een zwavel-ion overspringen, zit die straling precies op het piekje van Boyarsky, Franse en co.
Tenminste, volgens het theoretische model uit het artikel.
‘Ladingsoverdracht is al heel lang bekend uit het laboratorium, en ook in de sterrenkunde kennen sommige mensen het wel. Kometen of koud gas in ons zonnestelsel zenden röntgenstraling uit als er een zonnewind is’, vertelt prof. Jelle Kaastra, behalve SRON’er ook hoogleraar in Leiden. ‘Die straling vinden we vervelend als we proberen te kijken naar dingen die ver weg liggen. Volgend jaar lanceren we een nieuwe satelliet en om daar de best mogelijke data uit te trekken, bouwden we een computermodel dat die voorgrondstraling kon voorspellen. En toen bleek dat zwavel precies op die piek uitstraalt.’
Franse is blij dat er kritisch naar de mysterieuze röntgenpiek wordt gekeken. ‘Hoe meer mensen zich hier het hoofd over breken, hoe sterker onze argumenten zijn.’ Hij is echter nog niet overtuigd. ‘Het model van Kaastra en co gaat uit van aannames over de hoeveelheid koud gas die zij “plausibel” noemen, maar ze hebben niet gemeten of dat koude gas er ook echt zit. Ik zou nu niet durven zeggen hoe waarschijnlijk het is dat het hier om ladingsoverdracht gaat; ook dat is geen standaardverklaring.’
‘Ladingsoverdracht is een proces dat minder bekend is in de sterrenkunde, en soms over het hoofd wordt gezien’, reageert Kaastra. ‘Met dit soort modellen kun je tot zes à zeven cijfers achter de komma nauwkeurig voorspellen waar die piek zit, en de mensen in Georgia hebben daar al jaren ervaring in. Het is eigenlijk onvermijdelijk dat er op die frequentie een piek zou zitten als je warm en koud gas hebt.’
Franse: ‘Op dit moment kunnen we er eigenlijk nog niet zoveel over zeggen. Nieuwe data uit zogeheten dwergstelsels is nu aan het binnenstromen, en die zouden hopelijk uitsluitsel kunnen geven. Voor we echt zeker weten wat die piek is, is er nog een hoop werk nodig.’
Kaastra: ‘Over een jaartje kunnen we het controleren met behulp van onze nieuwe satelliet, die een veel scherper plaatje van de straling oplevert. Er zitten duidelijke verschillen in onze modellen. Steriele neutrino’s zouden een brede piek in het spectrum moeten geven, en ladingoverdracht een aantal smalle pieken.’
Oftewel: To be continued.