Belangrijkste punten

• Onderzoek naar donkere materie kan baanbrekende voortstuwingsmethoden opleveren, waardoor ruimtevaartuigen donkere materie kunnen benutten als brandstofbron met bijna de lichtsnelheid.
• Dergelijke motoren zouden de behoefte aan conventioneel drijfgas drastisch verminderen, de interstellaire reizen verkorten en missies naar ProximaCentauri binnen een paar jaar haalbaar maken.
• Naast voortstuwing kunnen de verworven inzichten innovaties stimuleren die we ons nog niet kunnen voorstellen, waardoor het begrip van de mensheid over de kosmos wordt verdiept.

Onder de Black Hills van South Dakota huisvest de Sanford Underground Research Facility de Large Underground Xenon (LUX)-detector, een geavanceerd instrument dat is ontworpen om de ongrijpbare deeltjes waaruit donkere materie bestaat, op te vangen. De detector bevat 0,33 ton vloeibaar xenon, opgesloten in een titanium vat, bewaakt door een raster van zeer gevoelige fotomultiplicatoren die de zwakke flitsen registreren die worden geproduceerd wanneer een deeltje van donkere materie botst met een xenonkern.

Om het experiment tegen kosmische straling te beschermen, bevindt LUX zich onder anderhalve kilometer rots. Hoewel er nog geen definitief signaal is gedetecteerd, wordt verwacht dat recente kalibratie-upgrades de gevoeligheid van de detector naar nieuwe grenzen zullen duwen, waardoor wetenschappers dichter bij een doorbraak komen. “Het is van cruciaal belang dat we de capaciteit van onze detector blijven vergroten”, zegt natuurkundige Rick Gaitskell van de Brown University.

Donkere oorsprong

De zoektocht naar het identificeren van donkere materie dateert uit 1933, toen de Zwitserse astronoom Fritz Zwicky opmerkte dat clusters van sterrenstelsels te snel ronddraaiden om alleen door zichtbare materie bij elkaar te worden gehouden. Sindsdien hebben onderzoekers een reeks instrumenten gebruikt – van de Large Hadron Collider in Europa tot NASA’s Chandra X-ray Observatory – om dit verborgen onderdeel van het universum te onderzoeken.

Het ontdekken van de ware aard van donkere materie zou niet alleen een al lang bestaande astrofysische puzzel oplossen, maar ook deuren openen naar potentiële technologische toepassingen.

Praktische toepassingen

In 2009 stelde natuurkundige Jia Liu voor dat als donkere materie bestaat uit neutralinos – hypothetische, elektrisch neutrale deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn – hun wederzijdse vernietiging enorme hoeveelheden energie zou kunnen vrijmaken. Eén pond neutralino's zou bijna vijf miljard keer de energie kunnen genereren van een equivalent gewicht aan dynamiet.

Zo'n ‘donkere-materiereactor’ zou de stuwkracht kunnen leveren die een ruimtevaartuig nodig heeft om te accelereren tot relativistische snelheden, waardoor de reistijden naar de dichtstbijzijnde sterren dramatisch worden verkort.

De sterren bereiken

Volgens Liu's concept zou een ruimtevaartuig een insluitingskamer hebben die opengaat om donkere materie te "scheppen" terwijl het reist. Zodra de materie is afgedicht, comprimeert de kamer de deeltjes, waardoor de vernietigingssnelheid toeneemt. De resulterende energie wordt vervolgens gekanaliseerd om het schip voort te stuwen. De cyclus herhaalt zich gedurende de hele reis.

Omdat de motor brandstof rechtstreeks uit het interstellaire medium haalt, zou een vaartuig van 100 ton binnen enkele dagen de lichtsnelheid kunnen naderen, waardoor de reis naar ProximaCentauri van tientallen millennia naar ongeveer vijf jaar zou worden teruggebracht.

Hoewel dit scenario speculatief blijft, illustreert het de transformatieve mogelijkheden die onderzoek naar donkere materie zou kunnen ontsluiten.

Veelgestelde vragen

Hoe kan onderzoek naar donkere materie de energieopwekking op aarde beïnvloeden?

Onderzoek naar donkere materie kan nieuwe mechanismen voor energieconversie en -opslag aan het licht brengen, wat mogelijk kan leiden tot schone energiebronnen met hoge dichtheid, gebaseerd op deeltjesvernietiging.

Welke veiligheidsmaatregelen zou een voortstuwingssysteem voor donkere materie nodig hebben?

Veilig opereren zou robuuste insluitingssystemen en nauwkeurige controle over vernietigingsprocessen vereisen om ongecontroleerde uitstoot van hoogenergetische straling te voorkomen, waardoor de integriteit van bemanning en ruimtevaartuigen wordt gewaarborgd.