Astronomen en natuurkundigen krijgen er hoofdpijn van. Maar één van de meest in het oog springende problemen in de astronomie resulteert nu ook in een fraai boek dat nog nieuwsgieriger maakt naar hoe het nu precies zit.

De afgelopen jaren hebben wetenschappers – gewapend met krachtige (ruimte)telescopen en geholpen door spannende missies naar andere hemellichamen – menig geheim van het universum blootgelegd. Maar sommige geheimen weigert de kosmos – ondanks herhaaldelijk aandringen van onderzoekers – vrij te geven. Donkere materie is zo’n geheim. En wetenschapsjournalist Govert Schilling heeft er nu een boek over geschreven: De olifant in het universum.

Frustrerend
De titel verwijst naar een verschijnsel waar natuurkundigen niet omheen kunnen, maar dat ze tegelijkertijd niet goed kunnen duiden. En daarmee is die spreekwoordelijke olifant in het universum behoorlijk frustrerend. Dat wordt ook wel duidelijk als Schilling ons in zijn boek bij de hand neemt en uitlegt waar en hoe het idee voor donkere materie geboren werd. Hij stelt ons voor aan de wetenschappers die daarin een belangrijke rol speelden en allen stierven voor er ook maar zicht op een oplossing was. Inmiddels zijn we alweer negen decennia verder en houdt de olifant nog altijd moedig stand.

Het raadsel
Er zijn tal van fundamentele vraagstukken en problemen waar astronomen en natuurkundigen zich het hoofd over kunnen brengen. Maar donkere materie is temidden daarvan zonder enige twijfel hoofdpijndossier no 1. “Dat probleem voelt het meest ongemakkelijk,” zo vertelde natuurkundige Ivo van Vulpen een paar jaar geleden nog aan Scientias.nl. Het heeft alles te maken met het feit dat we op tal van plaatsen in het universum aanwijzingen vinden voor het bestaan van donkere materie. Zo verraden de snelheden van sterren in de Melkweg bijvoorbeeld dat ons sterrenstelsel meer massa herbergt dan wij kunnen zien. Blijkbaar bestaat ons sterrenstelsel zeker voor de helft uit onzichtbare (oftewel donkere) materie. En ook andere sterrenstelsels zijn zo in het verleden zwaarder gebleken dan je afgaand op hun zichtbare materie zou verwachten. Donkere materie is dus alom aanwezig. Sterker nog: zo’n 85 procent van alle massa in het universum zou tot de donkere materie gerekend kunnen worden. Maar wat is dit dan voor goedje?

Dat brengt ons bij de spreekwoordelijke olifant in het universum. Want wetenschappers weten het niet. Het is niet dat ze zich er niet in verdiept hebben; in Schillings boek lezen we over tal van (gedachte)experimenten waarmee getracht is de aard van donkere materie aan het licht te brengen. Maar een doorbraak is al die jaren simpelweg uitgebleven.

Twijfels
En dan kun je aan het twijfelen slaan. Schilling doet dat zelf ook weleens, zo bekent hij al in het eerste hoofdstuk. Want bestaat donkere materie eigenlijk wel? We kunnen het immers niet zien. En het bestaan ervan hebben we noodgedwongen afgeleid uit wat we wel kunnen zien. Maar begrijpen we de zichtbare materie wel goed genoeg om het bestaan van onzichtbare materie eruit te deduceren? Of zou het misschien mogelijk zijn dat onze theorieën waarmee we het universum tot op heden toch aardig beschrijven konden, ergens de mist in zijn gegaan en een foutieve aanname bevatten, waardoor we ons genoodzaakt zagen om donkere materie in het leven te roepen, terwijl dat er helemaal niet is? Schilling bevindt zich met zijn twijfels in goed gezelschap. Want er zijn ook genoeg wetenschappers die het bestaan van donkere materie niet vanzelfsprekend achten. De Nederlandse onderzoeker Erik Verlinde is daar een redelijk bekend voorbeeld van. “Hij gelooft helemaal niet dat er een olifant is,” zo stelt Schilling in zijn boek. “Volgens zijn theorie van emergente zwaartekracht bestaat donkere materie niet. In plaats daarvan is wat wij als het zwaartekrachtseffect van geheimzinnig donker spul waarnemen in werkelijkheid de wisselwerking tussen normale materie en de alom aanwezige donkere energie (een eveneens nog vrij mysterieuze en hypothetische vorm van energie die verantwoordelijk zou zijn voor de versnelde uitdijing van het heelal, red.).” Niet iedereen is echter overtuigd; Verlindes theorie kent nog wel wat losse eindjes. En zo blijft de vraag ‘waaruit bestaat het materiële heelal’ dus vooralsnog onbeantwoord.

Doorzetten
Dat we zo’n fundamentele vraag anno 2021 nog steeds niet kunnen veranderen, knaagt voelbaar aan de vele onderzoekers die Schilling in zijn boek aan het woord laat. Maar tegelijkertijd laten ze zich niet uit het veld slaan. Daarvoor neemt de olifant teveel ruimte in beslag. “Donkere materie regeert ons heelal,” stelt Schilling. “Zonder haar zouden we hier waarschijnlijk niet zijn om ons over de aard van de kosmos te verwonderen.”

Of die verwondering in de toekomst plaatsmaakt voor een volkomen begrip van het materiële heelal is afwachten. Veel wetenschappers werken eraan en streven ernaar. Het ontrafelen van de aard van donkere materie zou een doorbraak zijn. Een Nobelprijs waardig. Maar wat Schilling met zijn boek heel mooi laat zien, is dat niet alleen doorbraken fantastisch zijn; de weg ernaartoe – met ideeën, experimenten, noodgewongen herziene hypotheses en theorieën, vallen en opstaan – is minstens net zo fascinerend.

De olifant in het universum‘ is uitgebracht door Fontaine Uitgevers. Het boek is geschreven door wetenschapsjournalist Govert Schilling en voorzien van een voorwoord door Vincent Icke, hoogleraar theoretische sterrenkunde aan de Universiteit Leiden en bijzonder hoogleraar kosmologie aan de Universiteit van Amsterdam. Het boek kost 25 euro (paperback) of 12,99 (ebook) en is hier verkrijgbaar.