Universiteit Leiden

nl en

Zo gaat ESA-telescoop Euclid donkere materie in beeld brengen

Hoe kan je iets zien dat onzichtbaar is? Nou, met Euclid! Deze toekomstige ESA-telescoop gaat de structuur van het heelal in kaart brengen en zal ons meer leren over de onzichtbare donkere materie en donkere energie. Wetenschappelijk coördinator van Euclid en Leids sterrenkundige Henk Hoekstra legt uit hoe dit werkt.

Er is iets vreemds aan de hand

Waarom gaan we ervan uit dat donkere materie bestaat, als we het nog nooit gezien of gemeten hebben? ‘We draaien met 220 kilometer per seconde om het middelpunt van onze Melkweg,’ zegt Hoeksta. Een bizarre snelheid, waar we gelukkig niks van merken. Toch is er iets vreemds aan de hand. ‘Op basis van het aantal sterren in onze Melkweg zouden de sterren aan de rand hiervan een veel lagere snelheid moeten hebben, maar ze bewegen net zo snel als de zon. Toch worden deze sterren niet het heelal in geslingerd. Iets houdt de boel bij elkaar.’ 

Eigenlijk is er maar één verklaring: er is materie die je niet kunt zien die extra zwaartekracht uitoefent op sterrenstelsels. Dónkere materie dus. Hoekstra: ‘Of de theorie van zwaartekracht is fout. Maar alles wijst erop dat donkere materie bestaat, we weten alleen nog steeds niet wat het is. Wat we wel weten, is dat het geen licht absorbeert of ermee interacteert. Dat maakt het dus letterlijk onzichtbaar.’ Als dit niet vreemd genoeg is: sinds 1998 weten we dat de uitdijing van het heelal versnelt. Om dit te verklaren is nog een ingrediënt nodig: ‘donkere energie’, een verzamelnaam voor de verschillende ideeën die astronomen en natuurkundigen op dit moment bestuderen.

Kunnen we het bestaan van donkere materie bewijzen?

Deze video kan niet worden getoond omdat u geen cookies heeft geaccepteerd.

Verlaat onze website om deze video te bekijken.

Belgische deeltjesfysicus Dirk Ryckbosch legt bij de Universiteit van Vlaanderen uit wat donkere materie precies is en hoe we het kunnen meten. 

Waarom we Euclid nodig hebben

‘We hebben gaten in onze kennis en die zijn niet te vullen met bestaande observaties. Dus de beste volgende stap is om betere metingen te doen.’ En daar komt Euclid om de hoek kijken, de satelliet die de European Space Agency in 2022 zal lanceren. Op 1,5 miljoen kilometer afstand van de aarde gaat Euclid een derde van de hemel in kaart brengen. Zo kunnen we vragen beantwoorden als: Hoe vormt de structuur in het heelal onder invloed van zwaartekracht? Hoe is alle materie verdeeld in het heelal? En hoe verandert dat in de tijd? Hoekstra: ‘Een antwoord op de laatste vraag stelt ons in staat om modellen voor donkere energie direct te testen.’

Hoekstra is één van de vier kosmologiecoördinatoren en leider van het project ‘weak lensing’. ‘Wij gaan onderzoeken hoe donkere materie de ruimte vervormt,’ zegt hij. 

Het heelal is net een bak water met muntjes

Maar hoe werkt dit? Hoekstra vervolgt: ‘Massa vervormt de ruimte en tijd daaromheen. Dat effect kan je meten, ook al kan je de donkere materie niet zien.’ Hij gebruikt een verhelderende analogie om dit toe te lichten. ‘Vergelijk het met een bak water met daarin een muntje. Als je die bak een tik geeft, golft het water en vervormt het muntje. Neem meerdere foto’s van het muntje en je zal zien dat het muntje er steeds anders uitziet.’

‘Stel, je hebt zeer veel muntjes en je weet dat ze oorspronkelijk rond zijn, dan kan je uitvogelen hoeveel water er in die bak zit.’ Met donkere materie is het precies hetzelfde, zegt de kosmoloog. ‘Die donkere materie zorgt ervoor dat sterrenstelsels in de achtergrond een heel klein beetje vervormen. Die vervorming kunnen we met Euclid meten door de vormen van zo veel mogelijk melkwegstelsels te middelen.’  

Hoe meer, hoe beter

Daarbij geldt: hoe meer donkere materie ergens is, hoe meer de achterliggende sterrenstelsels vervormen. Op die manier kan je de verdeling van donkere materie in het heelal bepalen. Maar daar zijn eerst heel veel foto’s nodig. Of ‘scherpe plaatjes’, zoals Hoekstra dat noemt. ‘Hoe meer sterrenstelsels we meten, hoe betrouwbaarder de resultaten.’ We hebben het dus over big data, niet alleen door de hoeveelheid data, maar zeker ook vanwege de complexiteit ervan. ‘Het aantal foto’s dat de Hubble-telescoop de afgelopen 25 jaar heeft verzameld, maken wij in een paar dagen.’

De grootste sterrenkundesamenwerking ooit

Niet alleen de hoeveelheid data is groot, het aantal sterrenkundigen dat meedoet aan Euclid is dat ook. ‘Het is het grootste sterrenkundeteam ter wereld, met zo’n 1500 wetenschappers, ingenieurs en technici.’ Het aantal sterrenkundigen dat profijt heeft van Euclid zal echter nog veel groter zijn: de data worden uiteindelijk publiek goed en zijn voor verschillende doeleinden te gebruiken, zoals het ontdekken van de verst verwijderde quasars en het identificeren van massieve sterren in nabije sterrenstelsels. ‘In het begin zal de data alleen voor de Euclid-deelnemers beschikbaar zijn, daarna hebben we zogeheten data releases waarbij de data vrijkomt. Om mensen een beeld te geven van de eerste resultaten hebben we ook quick releases. En die zullen al fenomenaal zijn,’ voorspelt een glunderende Hoekstra.

Tekst: Bryce Benda

Universiteit Leiden en Studio Woven combineren kunst en wetenschap  

Henk Hoekstra, de European Space Agency en kunstenaar Thijs Biersteker - oprichter van studio Woven - maken een nieuwe kinetische sculptuur voor de gerenommeerde Science Gallery in Dublin. Het werk legt het onzichtbare karakter van donkere materie bloot. 

Het werk Dark Distortions is het middelpunt van de tentoonstelling INVISIBLE, die van 13 maart - 31 mei 2020 te zien is in Science Gallery Dublin. De tentoonstelling belicht de cruciale rol van wetenschap, kunst en filosofie bij het verbeelden van het ongeziene en het bevragen van het onzichtbare.

Deze website maakt gebruik van cookies.  Meer informatie.