Een team van onderzoekers heeft een nieuwe methode voorgesteld om donkere materie te detecteren door de zon in te zetten als gravitatielens. Het concept, dat de naam Gravity Probe-DM draagt, is beschreven in een paper die eind juli 2026 op de preprintserver arXiv verscheen. De aanpak draait om het meten van minuscule verstoringen in de onderlinge afstand tussen twee ruimtevaartuigen die door de zwaartekrachtsschaduw van de zon vliegen.
De zon als verzamelpunt voor onzichtbare materie
Donkere materie behoort tot de grootste onopgeloste vraagstukken in de moderne natuurkunde. De onzichtbare massa is britannica.com, maar een directe waarneming binnen het zonnestelsel is tot op heden niet gelukt. Het nieuwe concept bouwt voort op een fundamenteel gegeven: de zon trekt continu donkere materie aan die door de ruimte beweegt. Omdat deze deeltjes vrijwel ongehinderd door de zon heen vallen, ontstaat stroomafwaarts een gebied met een verhoogde dichtheid, vergelijkbaar met het kielzog van een schip.
In dat kielzog zit cruciale informatie verborgen. De structuur ervan hangt af van de dichtheid en de snelheidsverdeling van de invallende donkere materie. Wanneer donkere materie zich als een golf gedraagt, komt daar een kenmerkende lengteschaal bij: de merriam-webster.com, die de golfachtige eigenschap van deeltjes beschrijft. Door het kielzog in detail te meten, kunnen onderzoekers niet alleen de lokale donkere materie in kaart brengen, maar ook onderscheid maken tussen een klassiek deeltjesmodel en een golfkarakter.
Precisiemetingen tussen twee ruimtevaartuigen
Het praktische hart van Gravity Probe-DM berust op een eenvoudig idee: laat twee ruimtevaartuigen op een uitgekiende baan door het zwaartekrachtveld van de zon vliegen en meet continu de onderlinge afstand met extreme precisie. De onderzoekers Yu-Dai Tsai en Hayden R. Foote beschrijven dat het exacte signaal bestaat uit een differentieel versnellingsverschil tussen de twee ruimtevaartuigen, ontstaan doordat het kielzog van donkere materie een getijdenkracht uitoent. Bij een korte basislijn wordt dat effect vertaald in een zogenaamde 'wake tidal tensor' die over de verbindingslijn tussen de voertuigen wordt geprojecteerd.
Het arxiv.org rekent voor dat zelfs bij bescheiden aannames het signaal binnen bereik van de huidige technologie kan komen. Als twee ruimtevaartuigen op een afstand van 2,5 miljoen kilometer van elkaar vliegen en een gebied met een coherente breedte van 0,1 astronomische eenheid doorkruisen, dan levert een lokale dichtheidsverhoging van één procent een ruwe meetschaal op van 0,63 picometer over een periode van bijna 5,8 dagen. Dat is minder dan een duizendste van de diameter van een atoom.
Van picometer naar nanometer via slimme baanontwerpen
De werkelijke kracht van het voorstel schuilt in het ontwerp van de baan. Doordat het getij-effect over langere tijd coherent blijft, groeit de vrije respons van de afstandsmeting kwadratisch met de tijdsduur. Over een jaar kan het signaal daardoor oplopen tot 2,5 nanometer, nog steeds minuscuul maar meetbaar met bestaande en toekomstige laserinterferometrie in de ruimte. De onderzoekers schetsen een illustratief scenario: als een donkere schijfcomponent die 20 procent van de referentiedichtheid in onze omgeving vertegenwoordigt een contrast van 30 procent in het kielzog bereikt, resulteert dat over een jaar in een meetsignaal van ongeveer 15 nanometer.
Deze schattingen maken duidelijk dat een doordacht baanontwerp het signaal kan versterken van sub-picometerniveau tot het nanometerniveau waarvoor hedendaagse instrumenten gevoelig zijn. Een geslaagde meting zou een puur gravitationele kaart van donkere materie in het zonnestelsel opleveren. Daarmee kan de oorspronkelijke stroom die het kielzog heeft gevormd worden achterhaald, en kan worden bepaald of de deeltjes zich als puntmassa's of als golven rond de zon bewegen. De zon fungeert daarbij als lens, de ruimtevaartuigen bemonsteren het kielzog en de precisie-afstandsmeting leest het gravitatiespoor uit. Als het idee werkelijkheid wordt, opent dat een nieuw venster op een van de meest ongrijpbare bestanddelen van het universum.