Het onzichtbare in kaart gebracht: NASA's Webb-telescoop biedt hoge-resolutie inzichten in donkere materie

In een baanbrekende studie gepubliceerd op 26 januari 2026 in het tijdschrift Nature Astronomy heeft een internationaal team van wetenschappers een van de meest gedetailleerde hogeresolutiekaarten van donkere materie onthuld die ooit zijn gemaakt. Door gebruik te maken van de ongekende gevoeligheid van NASA’s James Webb Space Telescope (JWST), biedt het onderzoek een transformerende blik op het onzichtbare "spookachtige" materiaal dat het overgrote deel van de massa van het universum vormt. Door te observeren hoe deze donkere materie overlapt en verstrengeld is met zichtbare sterrenstelsels, biedt de studie een nieuw niveau van helderheid met betrekking tot de onzichtbare steigers die de structuur en evolutie van de kosmos dicteren, van de grootste clusters van sterrenstelsels tot de vorming van systemen zoals het onze.

Het probleem van de donkere materie begrijpen

Al decennia lang is donkere materie een van de grootste mysteries in de moderne astrofysica. Het wordt gedefinieerd als een substantie die geen licht uitzendt, reflecteert of absorbeert, waardoor het volledig onzichtbaar is voor traditionele telescopen die afhankelijk zijn van het elektromagnetische spectrum. Ondanks de onzichtbaarheid oefent donkere materie een enorme zwaartekracht uit en fungeert het als de "gravitatie-lijm" die voorkomt dat sterrenstelsels uit elkaar vliegen terwijl ze roteren. Zonder donkere materie zou het universum zoals wij dat kennen — bestaande uit sterren, planeten en leven — de structurele integriteit missen om zich te kunnen vormen.

Vóór het tijdperk van de James Webb Space Telescope was het in kaart brengen van deze substantie een uitdaging die werd gekenmerkt door aanzienlijke technologische beperkingen. Hoewel eerdere observatoria zoals de Hubble Space Telescope fundamentele inzichten boden, werden de resulterende kaarten door onderzoekers vaak omschreven als "wazig" of van lage resolutie. Het onvermogen om de fijnmazige distributie van donkere materie te zien, liet hiaten achter in ons begrip van hoe gewone materie — de "baryonische" materie waaruit sterren en mensen bestaan — wordt gestuurd en gevormd door de donkere materie die haar omringt.

Hoe JWST het onzichtbare ziet

De doorbraak in dit onderzoek ligt in het vermogen van Webb om gebruik te maken van een fenomeen dat bekend staat als zwaartekrachtlenswerking. Omdat donkere materie massa bezit, vervormt het de structuur van de ruimtetijd eromheen. Wanneer licht van verre achtergrondstelsels door deze vervormde regio's reist, buigt en vervormt het, vergelijkbaar met licht dat door een vergrootglas gaat. Door deze vervormingen in het licht van bijna 800.000 sterrenstelsels nauwkeurig te meten, stelde Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) wetenschappers in staat om de exacte locatie en dichtheid van de donkere materie die het effect veroorzaakt te berekenen.

De methodologie omvatte het verwerken van enorme hoeveelheden hogeresolutiegegevens van de Cosmic Evolution Survey (COSMOS). "Dit is de grootste kaart van donkere materie die we met Webb hebben gemaakt, en hij is twee keer zo scherp als elke kaart van donkere materie die door andere observatoria is gemaakt," aldus Diana Scognamiglio, een astrofysicus bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) en hoofdauteur van de studie. De technische precisie van de JWST maakt de detectie van veel kleinere structuren van donkere materie mogelijk dan voorheen mogelijk was, waardoor de "onzichtbare steigers" van het universum voor het eerst scherp in beeld worden gebracht.

De kosmische hogeresolutiekaart

De nieuw geproduceerde kaart beslaat een gebied in het sterrenbeeld Sextant, een deel van de hemel dat ongeveer 2,5 keer groter is dan de volle maan. De visualisatie toont een complex netwerk waarin dichte gebieden van donkere materie verbonden zijn door filamenten met een lagere dichtheid, wat astronomen het Kosmisch Web noemen. Deze kaart bevestigt dat reguliere materie, inclusief enorme clusters van sterrenstelsels, zich direct binnen de dichtste "knooppunten" van dit web van donkere materie bevindt.

De gegevens onthullen een opvallende overlap tussen filamenten van donkere materie en zichtbare clusters van sterrenstelsels, wat de theorie versterkt dat donkere materie fungeert als de primaire motor van de kosmische architectuur. Door de Webb-gegevens uit 2026 te vergelijken met Hubble-gegevens uit 2007 van hetzelfde gebied, merkten onderzoekers op dat veel structuren die voorheen verschenen als monolithische klompen, in werkelijkheid bestaan uit afzonderlijke, kleinere clusters. Deze verfijnde granulariteit stelt wetenschappers in staat om de grootte en locatie van concentraties van donkere materie beter in te kaders, wat een nauwkeuriger blauwdruk oplevert van de massadistributie in het universum.

Belangrijkste ontdekkingen op de kaart:

• Precisie-uitlijning: Webb bevestigde dat de uitlijning van donkere materie en reguliere materie niet toevallig is; de twee zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden gedurende de hele kosmische geschiedenis.
• Filamentaire structuur: De "draden" van donkere materie die clusters van sterrenstelsels verbinden, zijn zichtbaarder dan ooit en laten zien hoe materie door het universum migreert.
• Sprong in resolutie: De kaart identificeert clusters van donkere materie in de linkerondersecties van het onderzoeksgebied die volledig onzichtbaar waren voor eerdere generaties sensoren.

Invloed op de aarde en het lokale universum

Hoewel donkere materie op gigantische schaal bestaat, strekt de invloed ervan zich uit tot de lokale omgevingen waar planeten zoals de aarde zich vormen. Hoewel donkere materie door reguliere materie heen gaat zonder fysiek contact, is de aanwezigheid van de zwaartekracht ervan wat de Melkweg in staat stelde om samen te smelten en het gas en stof vast te houden dat nodig is voor stervorming. De stabiliteit van ons zonnestelsel is, in brede zin, een bijproduct van de zwaartekrachtput die wordt geboden door de halo van donkere materie rond ons sterrenstelsel.

De studie benadrukt hoe de distributie van donkere materie de "leefbaarheid" van bepaalde regio's in het universum dicteert. In gebieden waar donkere materie te schaars is, vormen sterrenstelsels zich mogelijk nooit; waar het te dicht is, zou de resulterende gravitationele turbulentie de langetermijnstabiliteit kunnen verhinderen die vereist is voor planetaire systemen. Door de dichtheid van donkere materie binnen de Melkweg en de lokale invloed ervan te begrijpen, kunnen wetenschappers de geschiedenis van de geboorte van onze eigen zon en de evolutie van de aarde binnen het grotere galactische kader beter modelleren.

Galactische evolutie en het Kosmisch Web

De bevindingen bieden een cruciale validatie voor het huidige Lambda-CDM-model, het standaard kosmologische model dat de oerknal en de uitdijing van het universum beschrijft. De manier waarop donkere materie en reguliere materie "samen zijn opgegroeid", ondersteunt het idee dat donkere materie zorgde voor de initiële gravitationele zaden die waterstof en helium aantrokken om de eerste sterren te vormen. Richard Massey, een astrofysicus aan de Durham University en mede-auteur van de studie, merkte op: "Overal waar we een grote cluster van duizenden sterrenstelsels zien, zien we ook een even enorme hoeveelheid donkere materie op dezelfde plek. Het is niet alleen dat ze dezelfde vormen hebben... Ze zijn samen opgegroeid."

Dit onderzoek raakt ook aan historische theorieën, waaronder die van Stephen Hawking over primordiale zwarte gaten als een potentiële kandidaat voor donkere materie. Hoewel de Webb-gegevens nog geen specifiek deeltje voor donkere materie identificeren, stellen de hogeresolutie-dichtheidskaarten theoretici in staat om te verfijnen wat donkere materie zou kunnen zijn. Door te observeren hoe deze filamenten over miljarden lichtjaren interageren, kunnen wetenschappers testen of donkere materie zich gedraagt als een "koude", langzaam bewegende substantie of dat het eigenschappen bezit die een herziening van onze huidige natuurkundeboeken zouden vereisen.

Toekomstig onderzoek en ontdekkingen in de diepe ruimte

De kaart die door Scognamiglio en haar team is geproduceerd, is slechts het begin van een nieuw tijdperk in het onderzoek naar donkere materie. Terwijl de James Webb Space Telescope zijn missie voortzet, zal hij gezelschap krijgen van de Nancy Grace Roman Space Telescope, die ontworpen is om een gezichtsveld te hebben dat 100 keer groter is dan dat van Hubble. Waar Webb de gedetailleerde hogeresolutie-momentopnames biedt, zal Roman de groothoekcontext bieden, wat een volledig 3D-onderzoek van de structuren van donkere materie in het waarneembare universum mogelijk maakt.

Het uiteindelijke doel blijft de directe detectie van het donkere-materiedeeltje. Met de hogeresolutiekaarten van de JWST weten onderzoekers nu precies waar ze hun meest gevoelige instrumenten op moeten richten om te zoeken naar de zwakke signalen van interacties met donkere materie. Deze studie dient als een definitieve bevestiging dat, hoewel we donkere materie misschien niet direct kunnen zien, de vingerafdrukken ervan over de hemel geschreven staan in het licht van een biljoen sterren, en het lot van elk sterrenstelsel in de kosmos sturen.