Binair model voor donkere materie verklaart gammastraling in Galactisch Centrum en 'stilte' van dwergstelsels

Een nieuw theoretisch concept suggereert dat donkere materie, die ongeveer 85% van de massa van het heelal uitmaakt, mogelijk geen enkelvoudig deeltje is, maar een binair systeem bestaande uit twee verschillende componenten. Deze hypothese is bedoeld om langdurige tegenstrijdigheden in waarnemingen op te lossen die monolithische modellen voor donkere materie, zoals die gebaseerd op zwak wisselwerkende massieve deeltjes (WIMP's), in twijfel trokken.

Binnen de standaardopvattingen over WIMP's, een van de meest gefundeerde kandidaten voor donkere materie, wordt aangenomen dat zij uitsluitend via zwaartekracht en de zwakke kernkracht interageren. Bij gebrek aan overtuigend bewijs voor WIMP's, waaronder resultaten van de Large Hadron Collider, verschuift de focus echter naar alternatieve modellen. De kern van het 'dSph-fobische donkere materie'-model is dat het gedrag van donkere materie afhankelijk lijkt van de omgeving, waarbij het varieert op basis van lokale dichtheid en gravitatiekrachten. Het model stelt dat voor de detectie van indirecte signalen, zoals gammastraling, de gelijktijdige aanwezigheid en interactie van beide componenten vereist is, wat hun annihilatie teweegbrengt.

Onderzoekers, waaronder Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper en Gordan Krnjaic, ontwikkelden deze theorie met steun van instituten zoals Fermilab. Hun onderzoek, getiteld 'dSph-fobische donkere materie', werd op 9 april 2026 gepubliceerd in het 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics' (JCAP). Deze binaire structuur biedt een directe verklaring voor het raadsel van het overschot aan gammastraling in het Galactisch Centrum (GCE) — een onverklaarbare piek in gammastraling die werd vastgelegd door de Fermi-ruimtetelescoop. Dit overschot, een concentratie van fotonen in een bolvormig gebied rond de schijf van de Melkweg, kon voorheen alleen worden verklaard door de annihilatie van donkere materie, maar de afwezigheid ervan in dwergsferoïdale (dSph) sterrenstelsels, ondanks hun hoge dichtheid aan donkere materie, vormde een aanzienlijk knelpunt.

Dwergstelsels worden gezien als de ideale 'laboratoria' om de hypothese te testen, omdat ze arm zijn aan gas en jonge sterren, waardoor de achtergrondruis van pulsars of zwarte gaten minimaal is. Het model van 'dSph-fobische donkere materie' heft deze discrepantie op door te veronderstellen dat de hoge dichtheid en sterke zwaartekracht in het Galactisch Centrum leiden tot de gezamenlijke annihilatie van beide componenten, wat de waargenomen gammastraling produceert. In de vlakkere zwaartekrachtpotentiaal van dwergstelsels wordt de kinetische energie die nodig is voor de co-annihilatie van lichte en zware deeltjes mogelijk niet bereikt, waardoor het detecteerbare signaal uitblijft. Gordan Krnjaic van Fermilab merkt op dat als de theorie van één type donkere materie zou kloppen, we vergelijkbare emissies zouden moeten zien in andere regio's met een hoge concentratie van deze stof.

De bevestiging van deze afhankelijkheid van lokale omstandigheden hangt af van toekomstige astronomische surveys. De Euclid-missie van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) wordt beschouwd als een cruciale test voor deze theorie, waarbij omvangrijke kosmologische data worden verwacht tegen oktober 2026. De Euclid-telescoop, gelanceerd in juli 2023, gebruikt gravitatielenseffecten om een driedimensionale kaart van de verdeling van donkere materie te maken door de vervorming van licht van miljarden sterrenstelsels over 10 miljard jaar kosmische geschiedenis te meten. Tegen het einde van de zesjarige missie moet Euclid meer dan 1,5 miljard sterrenstelsels hebben vastgelegd, wat het mogelijk maakt om ofwel het binaire model te bevestigen, of de voorkeur te geven aan alternatieven zoals signalen van millisecondepulsars. Wetenschappers verwachten dat de toekomstige Euclid-data zullen uitwijzen of dwergsystemen daadwerkelijk gammastraling uitzenden, wat essentieel is voor de verificatie van deze hypothese.