Opwinding over steriel deeltje

Uit de Andromedanevel kwam mogelijk een signaal van donkere materie.
Uit de Andromedanevel kwam mogelijk een signaal van donkere materie. Foto NASA

Het is al decennia een raadsel. Wat is de donkere materie in de kosmos? Zwaartekrachtseffecten en vele metingen tonen indirect dat donkere materie zes keer zo talrijk is als de ‘gewone’ materie – sterren, planeten, mensen – die we kunnen zien. Maar wat is het? Bestaat donkere materie ook uit deeltjes? En wat voor deeltjes zijn dat dan?

Twee artikelen daarover, die op het online archief ArXiv verschenen, zorgen nu voor opwinding onder kosmologen. Het ene is van Esra Bulbul en collega’s uit Harvard, het andere van de groep van Alexey Boyarsky uit Leiden.

Onafhankelijk van elkaar zagen deze groepen in verre clusters van sterrenstelsels en in de Andromedanevel een zwak röntgensignaal dat wellicht het eerste levensteken is van zo’n ‘donker deeltje’. Preciezer: van een steriel neutrino.

Die steriele neutrino’s maakten de laatste jaren al furore als (theoretische) donkere materiekandidaat. Op papier zijn het de broers van de neutrino’s uit het standaardmodel dat alle bouwsteentjes van de zichtbare materie beschrijft. En terwijl gewone neutrino’s al nagenoeg ongrijpbaar zijn en zelden met materie in wisselwerking treden, zouden de steriele neutrino’s zich zelfs helemaal afzijdig – en onzichtbaar – houden. Slechts indirect zouden de langlevende deeltjes zich toch kunnen verraden: doordat ze soms vervallen naar, jawel, röntgenstraling.

Of juist die straling nu gemeten is? Voor de zaak pleit dat 1) de groepen het signaal onafhankelijk van elkaar in data van de XMM-Newton ruimtesonde en de Chandrasatelliet vonden; 2) de massa van dit mogelijke steriele neutrino als een schot in de roos valt in het verwachte massagebied; 3) het signaal op vele plaatsen (in 73 clusters) werd gevonden; 4) er geen overtuigende alternatieve verklaring is.

Aantrekkelijk is ook dat een uitbreiding van het standaardmodel met slechts drie typen steriele neutrino’s (evenveel als er neutrinovarianten zijn) meteen twee andere grote vragen zou beantwoorden: waarom is er meer materie dan antimaterie in de kosmos? En: waarom hebben neutrino’s massa?

Maar de auteurs zijn voorzichtig. De foutenmarges zijn vrij groot en het is nog onbekend of het signaal ook verder klopt met de modellen. Is het sterker op plekken met veel, en zwakker op plekken met weinig donkere materie? Zeker is al wel dit: de jacht op dit deeltje is nu wereldwijd geopend.