De zon zou een kern van donkere materie kunnen hebben

Er is iets mis met onze zon. Of beter gezegd: er is iets mis met onze theorieën over de zon. Bestaande theorieën leggen uit waar onze zon precies uit bestaat en hoe zij zich gedraagt. Deze theorieën scharen we onder het standard solar model, een model dat gebaseerd wordt op spectroscopische observaties van de fotosfeer van de zon (de laag die licht uitstraalt). Deze observaties bieden accurate voorspellingen over temperatuur, dichtheid en chemische samenstelling van onze dichtstbijzijnde ster.

Door meer recente observaties zijn er echter breuken aan het ontstaan in de bestaande kennis. Een meting van de interne drukgolven bracht namelijk een grote tegenstrijdigheid aan het licht. De circulatie van stoffen in de zon zou ongeveer 10 procent meer zware elementen moeten bevatten. Daarnaast zien we in de huidige metingen te veel helium en waterstof.

Volgens een nieuw paper van een team astrofysici aan de Durham University is donkere materie de missende schakel. Ze doelen op een bepaald soort donkere materie beter bekend als "weakly interacting asymmetric dark matter;" Een ongrijpbare stof die een lage proportie donkere antimaterie bevat (het asymmetrische hier aan is dat er geen balans is tussen donkere en normale materie). De disbalans zorgt er voor dat donkere- en antimaterie voor lange periodes rond de zon blijven hangen.

Daarnaast, in tegenstelling tot andere vormen van donkere materie, kan deze pas-ontdekte vorm interacteren met reguliere vormen van materie. Dit zou er voor kunnen zorgen dat deze donkere materie hitte vanuit de dieper liggende regionen van de zon naar het oppervlak transporteert. Dit fenomeen kan het verschil verklaren dat gevonden is tussen de spectroscopische- en de helioseismische metingen (metingen van druk en geluidsgolven).

Als we aannemen dat één deeltje van de ontdekte donkere materie rond de 3 GeV (elektronvolt) weegt – wat extreem licht is ten opzichte van andere "weakly interacting massive particles", die 100 GeV wegen – dan zouden deze interacterende deeltjes de perfecte oplossing zijn voor de mismatch tussen de verschillende metingen.

"Er is waarschijnlijk een enorm scala aan deeltjes die deze interactie mogelijk maken, maar het is nog niet duidelijk welke mogelijkheid de juiste is. We moeten het tot in de detail uitwerken," vertelde Aaron Vincent, de hoofdonderzoeker, aan Physics World. "We komen nu erg dicht bij de ontdekking of er daadwerkelijk donkere materie in de zon zit, maar het is ook mogelijk dat we op iets zijn gestuit dat in wiskundige zin op donkere materie lijkt, maar in feite iets veel subtielers is."

In hun theorie zijn de deeltjes alleen wel erg licht, maar Vincent en zijn team merken op dat de ontdekte stof binnen de scope valt van detectie-methodes voor donkere materie. Daarnaast pasten ze ook een deeltjesversnellende methode toe. Het laatste woord hierover kan dan ook komen van een deeltjesversneller: de Large Hadron Collider in het experiment dat de Super Cryogenic Dark Matter Search kan de doorslag geven.

Het probleem reikt echter veel verder dan onze eigen zon; asymmetrische donkere-materie kan een antwoord geven op het grootste mysterie van het universum: waarom bestaan het? In de eerste instantie werd aangenomen dat de dichtheid tussen materie en antimaterie symmetrisch is (het ontstaan van materie resulteert in het ontstaan van evenveel antimaterie). Als deze aanname zou kloppen dan zou het universum zichzelf echter al direct opgeheven hebben.

Donkere-materie die op een andere manier interacteert met materie en antimaterie kan dus helpen om het huidige bestaan zoals we het kennen te verklaren.

Het paper, genaamd A possible indication of momentum-dependent asymmetric dark matter in the Sun, kan open-access bekeken worden op arXiv.