• Babyfoto: Minieme verschillen in de achtergrondstraling geven aan waar het heelal iets warmer (rood) en iets (kouder) was - een afspiegeling van de verdeling van energie en materie in het heelal van vlak na de Oerknal. (Foto: NASA/WMAP)
  
• Lenswerking en donkere materie: door de materie-halo (zwart) rond sterrenstelsels (geel) trekt het zicht op verderop gelegen sterrenstelsels (blauw) krom. Het effect is vergelijkbaar met het kijken door de voet van een wijnglas. (Illustratie: Henk Hoekstra)
  
• Het 'kruis van Einstein': een van de bekendste voorbeelden van lenswerking. Het licht van een ver weg gelegen quasar wordt door de zwaartekracht van een sterrenstelsel uiteengetrokken, waardoor er vier lichtbronnen lijken. Dit is echter een optische illusie. (Foto: Hubble Space Telescope)

Het is zo zwaar als honderd miljard sterren, is al snel tien keer zo groot als de Melkweg en het zit aan alle kanten om ons heen. Dat is de halo van donkere materie die ons sterrenstelsel omringt. Donkere materie is zo ongeveer het meest wonderlijke spul uit het heelal. Alle sterrenstelsels, onze eigen Melkweg inbegrepen, drijven in een ontzaglijke wolk van het spul. Maar helaas is donkere materie, de naam zegt het al, onzichtbaar.

Een Groningse onderzoeker, als postdoc werkzaam bij de Universiteit van Toronto, heeft in die frustrerende situatie verandering gebracht. De halo van donkere materie rond de Melkweg heeft de vorm van een ingedrukte rubberbal, zo meldde Henk Hoekstra op het 25e jaarcongres van de Internationale Astronomische Unie in Australië.

Dat betekent nogal wat. Als de bewering van Hoekstra klopt, kan het haast niet anders of er bestaat werkelijk zoiets als 'koude donkere materie'. Tot dusver werd het bestaan van donkere materie vooral afgeleid uit de draaisnelheid van sterrenstelsels. Hoekstra en zijn Amerikaanse collega's kozen voor een andere invalshoek: ze bestudeerden het curieuze fenomeen dat veraf gelegen sterrenstelsels er vervormd en verwrongen uitzien - op sommige ruimtefoto's zijn sommige sterrenstelsels zelfs twee keer te zien. Dat heeft te maken met de zogeheten 'lenswerking' van donkere materie die tussen ons in zit. De wolken donkere materie trekken met hun ontzaglijke zwaartekracht langskomende lichtbundels krom en hebben zo het effect van een lens.

Hoekstra bestudeerde de vervorming van anderhalf miljoen sterrenstelsels en leidde daaruit af hoe de materiehalo eruit ziet. "De eigenschappen van melkwegstelsels volgen simpele schalingsrelaties, en daarom kunnen we ook de eigenschappen van onze eigen Melkweg deduceren", aldus Hoekstra. "De resultaten komen goed overeen met wat we weten over de Melkweg."

Zo blijkt dat de aura van donkere materie rond onze eigen Melkweg een massa heeft van 880 miljard maal de massa van de zon. De halo strekt zich 500.000 lichtjaar uit voorbij de verste ster van ons sterrenstelsel. Dat betekent dat de materiebel zeker tien keer zo groot is als ons sterrenstelsel. Net als de Melkweg zelf is de halo afgeplat, "als een rubber bal die je tot half zijn grootte indrukt", aldus Hoekstra.

Hoekstra is niet de enige die greep probeert te krijgen op het ongrijpbare. Eerder deze week meldde een team onder leiding van de Amerikaanse astrofysicus Ryan Scranton als eerste sporen van zogeheten 'donkere energie' te hebben waargenomen in de kosmische achtergrondstraling, het nagloeien van de Oerknal.

Het heelal is een rare plaats: behalve dat de sterrenstelsels er gehuld gaan in reusachtige klonten onzichtbare materie, wordt het heelal uit elkaar getrokken door een mysterieuze, eveneens onzichtbare kracht, 'donkere energie' genaamd. Van alle massa in het heelal, bestaat maar 5 procent uit zichtbare, 'gewone' materie. Donkere materie beslaat 25 procent, donkere energie 70 procent van alle massa.

Dat er zoiets bestaat als donkere energie, wordt afgeleid uit de beweging van ontploffende sterren aan de rand van het heelal. Het universum blijkt naar de rand van het heelal toe steeds sneller uit te dijen. Iets ontzagwekkends lijkt het heelal aan flarden te trekken, als een soort tegengestelde van de zwaartekracht.

Scranton en collega's hebben het bestaan van dat 'ontzagwekkende iets' nu voor het eerst op een andere manier bevestigd. Net als Hoekstra bestudeerde Scranton een curieuze vervorming van het licht uit het heelal. De Amerikaan ontdekte dat de achtergrondstraling die uit de richting van sterrenstelsels komt, iets heter is dan achtergrondstraling die elders vandaan komt. En dat is direct bewijs voor het bestaan van donkere energie, betoogt Scranton in een binnenkort te verschijnen editie van het blad Astrophysics.

Als licht langs een klont massa reist, krijgt het iets meer energie. Die energie verliest het vervolgens weer - het proces is vergelijkbaar met een balletje dat bij het rollen door een putje eerst versnelt en daarna vertraagt. Maar donkere energie brengt daarin verandering: het geeft het licht een extra duwtje, het putje uit. Het gevolg is dat licht dat langs een massaklont reist daaraan een klein beetje energie overhoudt.

Donkere materie en donkere energie staan opnieuw in de belangstelling nu de eerste, volledige kaart van de kosmische achtergrondstraling af is. Het blad Science bracht onlangs een special uit over de 'donkere zijde van het universum'.

Maarten Keulemans, NOS Online

Maarten Keulemans, NOS Online