Stel je voor dat je de massa van een huis en de inhoud ervan wilt bepalen. Je pakt het huis op en zet het op een gigantische schaal. Laten we zeggen, omwille van het argument, je meet de massa als 100, 000 pond (45, 359 kilogram). Stel je nu voor dat je wilt zien wat elk item in huis bijdraagt ​​aan de totale massa. Je verwijdert één item tegelijk en plaatst het op de weegschaal. Je verwijdert zelfs alle lucht om de massa te meten. Laten we nu zeggen de massa van de individuele objecten, inclusief de vloer, muren en dak van het huis, telt op tot 5, 000 pond (2, 268 kilogram). Wat zou jij denken? Hoe zou u het verschil in massa verklaren? Zou u kunnen concluderen dat er ongezien materiaal in het huis moet zijn dat de constructie zwaarder maakt?

De laatste 40 jaar, dit is precies het dilemma waarmee astronomen te maken hebben gehad toen ze probeerden de bouwstenen van het universum te bepalen. Voor die tijd, ze dachten dat het universum normale materie bevatte -- de dingen die je kunt zien. Scan door de kosmos, en dit soort dingen lijken vanzelfsprekend. Er zijn miljarden sterrenstelsels, elk gevuld met miljarden sterren. Rond enkele van die sterren, planeten en hun manen volgen elliptische banen. En tussen die grote, bolvormige lichamen liggen onregelmatig gevormde objecten, variërend in grootte van enorme asteroïden tot meteoroïden ter grootte van een steen tot kleine deeltjes die niet groter zijn dan een stofkorrel. Astronomen classificeren al deze dingen als: baryonische materie , en zij (en wij) kennen de meest fundamentele eenheid als de atoom , die zelf is samengesteld uit nog kleinere subatomaire deeltjes, zoals protonen, neutronen en elektronen. (Voor de eenvoud, we laten de leptonen en quarks erbuiten.)

Vanaf de jaren 70, astronomen begonnen bewijsmateriaal te verzamelen waardoor ze vermoedden dat er meer in het universum was dan op het eerste gezicht lijkt. Een van de grootste aanwijzingen kwam toen wetenschappers probeerden de massa's van sterrenstelsels te bepalen. Ze deden dit door de versnelling te meten van wolken die rond de buitenranden van een melkwegstelsel draaien, waarmee ze de massa konden berekenen die nodig was om die versnelling te veroorzaken. Wat ze vonden was verrassend:de massa achter de orbitale versnelling van de wolken van een melkwegstelsel was vijf keer groter dan de massa van de dingen die je kon zien - sterren en gas - verspreid over de melkweg. Ze kwamen tot de conclusie dat er een onzichtbaar materiaal moet zijn dat een melkwegstelsel omringt en het bij elkaar houdt. Ze noemden dit materiaal donkere materie , het lenen van een term die voor het eerst werd gebruikt door de Zwitserse astronoom Fritz Zwicky in de jaren dertig.

Twintig jaar later, wetenschappers merkten dat type Ia supernovae -- stervende sterren die allemaal dezelfde intrinsieke helderheid hebben -- stonden verder van ons melkwegstelsel dan ze hadden moeten zijn. Om deze waarneming te verklaren, ze suggereerden dat de uitdijing van het universum eigenlijk versnelt, of versnellen. Dit was verwarrend, omdat de zwaartekracht die inherent is aan donkere materie sterk genoeg zou moeten zijn om een ​​dergelijke expansie te voorkomen. Was een ander materiaal, iets met een anti-zwaartekracht effect, veroorzaakt de snelle uitdijing van het heelal? De astronomen geloofden van wel, en ze noemden dit materiaal donkere energie .

Voor een decennium, kosmologen en theoretische natuurkundigen debatteerden over het bestaan ​​van donkere materie en donkere energie. Vervolgens, in juni 2001, NASA lanceerde de Wilkinson Magnetron Anisotropie Probe , of WMAP . De instrumenten op dit vaartuig maakten de meest gedetailleerde foto ooit van de kosmische microgolfachtergrond - de aanhoudende straling die was overgebleven van de oerknal. Hierdoor konden astronomen meten, met grote nauwkeurigheid, de dichtheid en samenstelling van het heelal. Dit is wat WMAP heeft vastgesteld:baryonische materie vormt een schamele 4,6 procent van het universum. Donkere materie is goed voor slechts 23 procent. En donkere energie vormt de rest - maar liefst 72 procent [bron:NASA/WMAP]!

Natuurlijk, het meten van de relatieve verhoudingen van de bouwstenen van het universum is nog maar het begin. Nu hopen wetenschappers waarschijnlijke kandidaten voor donkere materie te identificeren. Ze beschouwen bruine dwergen als een plausibele kandidaat. Deze sterachtige objecten zijn niet lichtgevend, maar hun intense zwaartekracht, die van invloed zijn op nabijgelegen objecten, geeft aanwijzingen over hun bestaan ​​en locatie. Superzware zwarte gaten zouden ook de oorzaak kunnen zijn van de donkere materie in het heelal. Astronomen speculeren dat deze kosmische zinkgaten op afstand kunnen werken quasars en kan veel overvloediger zijn dan ooit gedacht. Eindelijk, donkere materie zou kunnen bestaan ​​uit een nog niet beschreven type deeltje. Deze kleine stukjes materie kunnen ergens diep in een atoom bestaan ​​en kunnen worden geïdentificeerd in een van 's werelds superbotsers, zoals de Large Hadron Collider.

Het oplossen van dit mysterie blijft een van de hoogste prioriteiten van de wetenschap. Tot die oplossing komt, we moeten leven met het nederige idee dat het huis dat we al jaren proberen te wegen, zwaarder is dan we hadden verwacht en, meer verontrustend, buiten ons begrip.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

• Hoe de oerknaltheorie werkt
• Kunnen wetenschappers de oerknal nabootsen?
• Hoe donkere materie werkt
• Hoe zwarte gaten werken
• Hoe speciale relativiteit werkt
• Hoe sterren werken

bronnen

• Engelbert, Phillis en Diane L. Dupuis. Het handige ruimteantwoordboek. Zichtbare inktpers. 1998.
• Europese ruimtevaartorganisatie. "Waar is het heelal van gemaakt?" Ruimtewetenschap:extreme ruimte. 16 december 2003. (23 september, 2010) http://www.esa.int/esaSC/SEMTQO274OD_extreme_0.html
• Groen, Brian. "Waar is het universum van gemaakt?" BEDRADE. februari 2007. (23 sept. 2010) http://www.wired.com/wired/archive/15.02/bigquestions.html?pg=3#universe
• Hinshaw, Gary F. "Waar is het heelal van gemaakt?" WMAP-universum. 16 april 2010. (23 september, 2010) http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html
• Nasa. "Bewijs voor donkere materie." Chandra Field Guide to X-ray Astronomy:Dark Matter Mystery. (23 sept. 2010) http://chandra.harvard.edu/xray_astro/dark_matter/index2.html
• Zeef, Karel. "Waar is het heelal van gemaakt?" Wetenschap. Vol. 309, 1 juli, 2005. (23 september, 2010) http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/sci;309/5731/78b.pdf