Universum

Massa van donkere materiedeeltjes nu veel nauwkeuriger

Theoretisch fysici hebben het mogelijke bereik voor de massa van donkere materiedeeltjes flink ingeperkt. Dit bereik blijkt veel kleiner dan voorspeld. Daardoor hoeven donkere-materiejagers maar met een beperkt aantal deeltjes rekening te houden.

Massa van donkere materiedeeltjes maximaal 20 maal zo groot als elektron

Bij hun berekeningen gingen de onderzoekers er van uit dat alleen de zwaartekracht op de deeltjes inwerkt. Ze berekenden dat de massa van de donkere materiedeeltjes tussen de 0,001 en 10 000 000 eV/c2 moet liggen. Om een indruk te geven: elektronen hebben een massa van 511 000 eV/c2, protonen en neutronen nog eens rond de duizend maal meer. Dat betekent dat de donkere materie-deeltjes maximaal 20 maal zo zwaar zijn als een elektron, of veel lichter

Dat klinkt als een enorme onzekerheid, en dat is het ook. Maar vergeleken met het eerdere massabereik – tussen de 10-24 eV en 1019 GeV (de Planck-massa, waarbij deeltjes direct ineenstorten tot een zwart gat), is dit een zeer sterke afname. Vergelijk een onzekerheid van een getal met vijftig cijfers, met die van tien cijfers. We weten nu bijvoorbeeld dat het hypothetische deeltje X ruim binnen het bereik van onze deeltjesversnellers ligt. Nu kunnen we ook veel gerichter zoeken. Deze schatting is een indrukwekkende prestatie, zeker als je bedenkt dat we alleen de massaverdeling van donkere materie kennen. En verder niets weten.

Kwantumzwaartekracht

Voor het stellen van deze grenzen is gebruik gemaakt van onze bestaande kennis over kwantumzwaartekracht. Dit laat zien dat donkere materie niet ‘ultralicht’ of ‘superzwaar’ kan zijn, zoals sommigen theoretiseren, tenzij er een nog onbekende extra kracht op inwerkt. Dit onderzoek helpt natuurkundigen op twee manieren: het perkt het zoekgebied voor donkere materie enorm sterk in, en het zal mogelijk ook helpen onthullen of er al dan niet een mysterieuze onbekende extra kracht in het universum is.[1]

Zowel de aanhangers van de snaartheorie, als van loop quantum gravity zijn het er over eens dat er iets als kwantumzwaartekracht bestaat. Een groep mensen, waaronder ik, heeft daar vraagtekens bij. En dus ook bij deze uitkomst. Mijn persoonlijke gevoel is, dat zwaartekracht in werkelijkheid de kwantumverstrengeling is tussen reële en virtuele deeltjes. Deze kwantumverstrengeling vermindert dan de vrijheidsgraden van virtuele deeltjes, dus lijkt ruimtetijd in te krimpen. Precies het effect dat je ziet door zwaartekracht. De theorie dat tijd voortkomt uit kwantumverstrengeling is overigens al onderwerp van serieus onderzoek.

De massa van donkere materiedeeltjes is alleen indirect waar te nemen. Zoals hier door het zwaartekrachtslens-effect. De reden voor de ringen. Bron: NASA/Wikimedia Commons

Het zichtbare universum bestaat voor slechts vijf procent uit ‘normale’, baryonische materie. Vijfentwintig procent komt voor rekening van donkere materie, terwijl zeventig procent van de totale energie-inhoud van het universum uit donkere energie bestaat.

Bronnen

  1. X. Calmet en F. Kuipers, Theoretical bounds on dark matter masses, Physics Letters B, Volume 814, 10 March 2021, DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136068

Toekomstige technologie, van 2022 tot het jaar 4000

Sommige toekomstige technologie is er nu al in rudimentaire vorm. Denk aan kwantum computers en wetware, de interface tussen brein en machine. Voorspellen dat deze technologie effectiever en goedkoper wordt, is dus vrij veilig. Of dat deze nieuwe toepassingen krijgt.

Moeilijker te voorspellen is echt disruptieve technologie. Dat is technologie, die de mens vermogens geeft die deze tot nu toe nog niet had. Vooral technologie, die het gevolg is van nieuwe wetenschappelijke doorbraken. Toch doen de makers van deze video, een moedige poging. Dit op basis van bestaande trends en de bekende natuurkundige wetten.

De voorspelling in de video dat de Alcubierre drive werkt, is omstreden. Het effect waarop deze drive berust, is nog niet in een experiment aangetoond. Al vormt het warpveld waarop de Alcubierre drive berust een geldige oplossing van de algemene relativiteitstheorie.

Dat wil zeggen, geldig, als er negatieve energie bestaat op onze schaal, niet alleen maar op de schaal van kleine deeltjes. En er een methode is om deze te scheppen. We kunnen dan ook zelf wormgaten aanleggen. Daarmee zou je in principe zelfs tijd kunnen reizen.

Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay

Vind je nanotechnologie klein? Welnu, het kan nog kleiner. Stel je voor, een complete fabriek opbergen in de ruimte van een atoom. Dat kan in theorie met femtotechniek. Technologie op de schaal van een atoomkern. Mogelijk kunnen we in de toekomst de sterke kernkracht net zo manipuleren als de elektromagnetische kracht nu. Dan zouden er compleet nieuwe technieken ontstaan. En nieuwe kansen. Nieuwe dingen om mee te maken en te onderzoeken. Denk aan een bezoekje aan het binnenste van de zon, of de aarde, bijvoorbeeld. Dat, en nog veel meer, zou dan mogelijk zijn.

Nieuwe natuurwetten, toekomstige technologie

Alles staat of valt met de vraag, of onze natuurkundige wetten, de enige wetten zijn die bestaan. Of dat er mogelijk nog nieuwe wetten bestaan. Inderdaad zijn er dingen die we nog niet kunnen verklaren met de wetten die we nu kennen. Zo hebben we geen flauw idee, wat donkere materie precies is. En waar die enorme ringen vandaan komen in de hemel. Zo groot, dat ze haast wel het restant van een botsing met een ander heelal lijken te zijn. Ontdekken we nieuwe natuurwetten, dan ontdekken we ook enorm veel nieuwe potentiële apparaten.

Teegarden B, een exoplaneet om te koloniseren?

Exoplaneet Teegarden B is in 2017 ontdekt. Het is met een “earth similarity index” van 0,95 de meest aardachtige planeet die we kennen. En is met 12,5 lichtjaar relatief dichtbij.

In ons zonnestelsel zijn maar twee, of misschien drie, planeten met enige moeite bewoonbaar voor de mens. Naast de aarde, Mars en – misschien – de wolken van Venus of de polen van Mercurius. Ver weg van de meestal koesterende, af en toe gevaarlijke stralen van moeder Sol is de keus groter.

Exoplaneten zijn per definitie planeten buiten ons zonnestelsel. Onze nabije buur Proxima Centauri en het Alfa Centauri dubbelstelsel – beide rond de 4 lichtjaar, zijn in theorie bereikbaar. Al moeten we dan in het beste geval rekening houden met een reis van tientallen jaren. En heel erg veel energie proppen in de voortstuwing. Want hoe dichter je de lichtsnelheid nadert, hoe meer energie het kost.

Het koloniseren van exoplaneet Teegarden b is in theorie goed te doen. De planeet ligt in de bewoonbare zone van Teegarden en is minimaal zo groot als de aarde. Vermoedelijk groter. Bron: phl@UPR Arecibo

Koloniseren exoplaneet Teegarden B

Maar stel, dat we het gaan doen, gewoon, omdat het kan? Deze video verkent de mogelijkheden voor Teegarden B, een exoplaneet die rond een rode dwerg draait op 12,5 lichtjaar afstand[1]. Het “ringwereld”scenario dat de makers van de bovenste video beschrijven is, zo wijzen recente berekeningen uit, wat te pessimistisch. Waarschijnlijker is het “oogbal aarde” scenario. Teegarden B zou dan het meeste weg hebben van een enorme oogbal. Het wit is dan eeuwig ijs. Het bewoonbare deel kent een eeuwige dag, en waarschijnlijk af en toe een heftige zonnevlam. [2] Vele malen heftiger dan onze brave zon produceert.

Bronnen:
1. Teegarden’s Star B, NASA
2. M. Zechmeister et al., The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs, Two temperate Earth-mass planet candidates around Teegarden’s Star, Astronomy and Astrophysics, 2019, https://doi.org/10.1051/0004-6361/201935460

‘Primordiale zwarte gaten vormen donkere materie’

De zwaartekrachtgolfdetector LIGO ontdekte niet alleen zwaartekrachtgolven. Veel interessanter is waarvan LIGO zwaartekrachtgolven waarnam: zwarte gaten van rond de 30 zonsmassa’s, een formaat dat volgens de gevestigde theorieën helemaal niet kan bestaan. Zou donkere materie uit primordiale zwarte gaten bestaan? En zouden zwarte gaten de missing link zijn voor de evolutie van sterrenstelsels? En de overblijfsels van baby-universa?

De bestaande theorieën voor het ontstaan van zwarte gaten blijken onvolledig

De tot nu toe vóór LIGO ontdekte zwarte gaten vallen ruwweg uiteen in twee grootteklassen. Kleine zwarte gaten van enkele zonsmassa’s, zoals Cygnus X-1, ontstaan door het ineenstorten van zware sterren van enkele tientallen zonsmassa’s.

Ook zijn er de enorme zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s, zoals Sagittarius A*, het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg. Deze vormen het centrum van sterrenstelsels. Er zijn geen middelgrote zwarte gaten van bijvoorbeeld  enkele honderden of duizenden zonsmassa’s gevonden, al bestaan deze vermoedelijk in het centrum van bolvormige sterhopen.

Het lichtste grote zwarte gat is meer dan een miljoen zonsmassa’s. De twee door LIGO waargenomen ineengestorte zwarte gaten, die een nieuw zwart gat van 62 zonsmassa’s produceerden, hadden een massa van rond de dertig zonsmassa’s. Er moet een ander mechanisme dan stervorming hiervoor verantwoordelijk zijn. Hetzij de samensmelting van kleinere zwarte gaten van rond de tien zonsmassa’s, hetzij een heel nieuw mechanisme. Bijvoorbeeld primordiale vorming: hypothetische zwarte gaten die vlak na de Big Bang ontstonden. Zouden de twee botsende zwarte gaten primordiale zwarte gaten zijn geweest?

Primordiale zwarte gaten

De kosmische achtergrondstraling blijkt namelijk opmerkelijk korrelig te zijn. De verklaring is volgens astronoom A. Kashlinsky dat clusters zwarte gaten van rond de dertig zonsmassa’s hiervoor verantwoordelijk zijn[1]. Zijn voorspelling is dat vrijwel alle donkere materie uit zwarte gaten bestaat met een vrij nauwe massaverdeling rond deze dertig zonsmassa’s.

De bolvormige sterhoop Messier 80. De centrale zwarte gaten in deze bolvormige sterhopen hebben een voorspelde massa van rond de 30 zonsmassa’s. -NASA

Deze kunnen de zaden hebben gevormd, waar zich bolvormige sterhopen omheen vormden. De hypothetische, maar nog niet waar genomen centrale zwarte gaten in bolvormige sterhopen zijn namelijk ongeveer deze grootte. Deze zijn samengesmolten en vormden de eerste spiraalstelsels. De andere bolvormige sterhopen worden dan weer opgeslokt door grotere spiraalstelsels. Inderdaad bevindt zich rond de Melkweg een halo van bolvormige sterrenstelsels. Mogelijk bestaat de donkere materie daarom uit zwarte gaten waar rond we geen sterren kunnen waarnemen, dus voor ons onzichtbaar zijn. Dit zou ook de raadselachtige uitbarstingen van röntgenstraling verklaren. Elke keer als een zwart gat een zwerfplaneet of ander zwervend galactisch object opslokt, komt een chirp van röntgenstraling vrij.
Voor deze theorie pleit ook dat de sterren in bolvormige sterhopen metaalarm en dus zeer oud zijn: ze zijn echt gevormd uit Big Bang-gas en niet uit restanten van supernova’s.

Baby-universa

Russische en Japanse kosmologen van het instituut Kavli IPMU bij Tokio, hebben deze theorie nu uitgebreid. Die primordiële zwarte gaten zijn niet zomaar zwarte gaten, maar de overblijfselen van ‘doodgeboren’ baby-universa. Van buiten nemen wij deze waar als een zwart gat. Sommige baby-universa bestaan zelfs nog steeds. Van binnen een dergelijk baby-universum lijkt het alsof het uitzet.

Het is lastig om zwarte gaten waar te nemen. Dat kan eigenlijk maar op enkele manieren. De accretieschijf, de zwaartekrachtswerking en hun werking als zwaartekrachtslens. De accretieschijf, de draaikolk van materie die het zwarte gat ingezogen wordt, is alleen waar te nemen als het zwarte gat materie opslurpt. Wat zelden gebeurt. Het heelal is groot en leeg. Dus verzon de groep een list. De Hyper Suprime-Cam (HSC) neemt het naburige Andromeda-stelsel waar. Naburig is hier relatief: twee miljoen lichtjaar. Als er primordiale zwarte gaten voro de lens trekken, kunnen we dat waarnemen als sterren die van plaats veranderen. Dit door de zwaartekrachtlenswerking. Erg veel heeft het onderzoek nog niet opgeleverd, al is er nu wel een ondergrens vastgesteld [2].

Bronnen
1. A. Kashlinsky, LIGO Gravitational Wave Detection, Primordial Black Holes, and the Near-IR Cosmic Infrared Background Anisotropies, The Astrophysical Journal Letters, 2016
2. Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Volodymyr Takhistov en Edoardo Vitagliano, Exploring Primordial Black Holes from the Multiverse with Optical Telescopes” by  30 October 2020, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.181304

Planeten die gastvrijer zijn dan de aarde ontdekt

De aarde is in veel opzichten een kosmisch lot in de loterij. Zo kennen we geen hete Jupiters, gloeiendhete gasreuzen vlak bij de zon, die de omloopbaan van de aarde verstoren. De aarde bevindt zich in de goudlokjeszone, niet te heet en niet te koud. Maar toch zijn betere plekken dan de aarde denkbaar. Zo staat de aarde in verhouding iets te dicht bij de zon, waardoor we risico lopen droog te koken na een miljard jaar. Er zijn 24 exoplaneten ontdekt die wel precies op de juiste plek van hun centrale ster staan, en daarmee een stuk minder vatbaar zijn voor Snowball Earth of juist een Venus-scenario. In onderstaande video  verkennen we deze planeten.

Zal de mensheid de komende honderd jaar overleven, dan maken we een redelijke kans om de dichtstbijzijnde van deze planeten te kunnen bezoeken. Tenzij er een Zefram Cochrane opstaat die een sneller-dan-licht aandrijving bouwt, of een stargate, zitten we helaas nog voorlopig opgesloten in dit zonnestelsel.

Van ziedende lava-oceaan tot ijskoude gasreus, exoplaneten komen voor in alle vormen en maten. Bewoonbare werelden zijn zeldzamer. Bron: Wikimedia Commons uit NASA/Natalie Batalha en Wendy Stenzel

Wat als: aliens werkelijk samenwerken met aardse overheden?

De laatste jaren duikt er steeds meer beeldmateriaal op, alsmede rapporten van ooggetuigenverslagen, van ontmoetingen tussen Usaanse piloten en onbekende vliegende entiteiten (UFO’s), die sneller accelereren en van richting veranderen dan vliegtuigen met menselijke piloten zouden kunnen overleven.

Waarheidsgehalte omstreden
Deze beelden zijn afkomstig van de USAF en het Usaanse leger. Deze instellingen vallen onder de Usaanse FOIA (Freedom of Information Act, te vergelijken met de Nederlandse WOB). Hoewel het niet denkbeeldig is dat UFO’s een bewuste desinformatiecampagne zijn van het Pentagon om ongestoord prototypes van experimentele luchtvaartuigen te kunnen testen, zijn deze aanwijzingen te serieus om niet te onderzoeken. Een gepensioneerde Israëlische topofficial, prof. dr. Haim Eshed, schreef een boek waarin hij onthult dat er uitgebreide contacten bestaan tussen een technisch geavanceerde niet-menselijke soort en de Usaanse overheid, en daarmee de Israëlische overheid. Het is niet gezegd dat het verhaal van Eshed klopt – mogelijk spelen er commerciële belangen (Eshed is sf- en fantasyschrijver), is Eshed “gek” [4] of wordt ergens de aandacht van afgeleid – maar we nemen het in dit wat-als scenario voor juist aan. Wat zijn dan de consequenties?

De geruchten over samenwerking tussen overheden en buitenaardse wezens blijven hardnekkig. Wat als ze waar zijn?
No copyright / afbeelding afkomstig van https://pixabay.com/users/comfreak-51581/

Geheimzinnige Galactische Federatie
De uitgelekte informatie uit het boek, afkomstig van een interview in de Hebreeuwse krant Jediot Aharonot[1], is summier. De rest van het Y.A. artikel is weggestopt achter een paywall, maar het googlen van de Hebreeuwse titel leverde een uitvoeriger bron op. [3] Volgens Eshed zijn de aliens afkomstig van een galactische federatie van buitenaardse beschavingen, ruwweg te vergelijken met de Federation of Planets in de beroemde Usaanse SF-franchise Star Trek. Deze aliens zouden in het geheim op aarde rondlopen en met de Usaanse regering samenwerken, waarvan elke Usaanse president op de hoogte is. Beide zouden samenwerken op een basis op Mars, de hoofdvestiging van de aliens in het zonnestelsel. De aliens zouden onder meer het uitbreken van een kernoorlog hebben voorkomen (wat ook door andere bronnen is gemeld)[2]. De aliens zouden tot doel hebben om het wezen van het universum te doorgronden in samenwerking met de mensheid.

Welk nut kunnen de aarde en mensen hebben voor aliens?
Zowel de aarde met haar abnormaal grote maan als de zon zijn, fysisch gezien, ongewoon maar niet uniek in het bekende heelal. Aardachtige exoplaneten blijken veel voor te komen, NASA schat alleen al in de Melkweg meer dan tien miljard. Er zijn nu al zelfs 24 “superbewoonbare” exoplaneten bekend die zelfs geschikter zijn voor leven dan de aarde. We weten dat het technisch gezien haalbaar is om bijvoorbeeld helium-3 te winnen uit gasreuzen als Jupiter of desnoods uit sterren. Echt vergevorderde beschavingen kunnen zelfs zwarte gaten of -mogelijk- donkere materie benutten om energie mee op te wekken.

Het voornaamste bijzondere element van de aarde is haar diverse ecosysteem en vooral de aanwezigheid van minimaal één intelligente, althans: handige soort. We zijn een weelderige oase, omringd door saaie, dode werelden. Als woongebied ligt de aarde niet echt voor de hand. Een ruimtecilinder bouwen is veel gemakkelijker dan om naar een verre ster te reizen. Om maar niet te spreken over de vele bacteriesoorten hier die voortdurend op zoek zijn naar voedingsbronnen. Wel interessant is om DNA van miljoenen soorten te verzamelen en de menselijke cultuur te snuiven.

En wie weet is er meer aan de hand. Mogelijk vormt de aarde een belangrijk knooppunt in een voor ons onzichtbaar transportnetwerk. Of is hier een belangrijke grondstof aanwezig die we nog niet kennen, of waarvan we tot nu toe nog geen nuttige toepassing hebben ontdekt.

Waarom de geheimhouding?
Het bestaan van leven buiten de aarde is een idee dat al honderden jaren bestaat.  Giordano Bruno, een tijdgenoot van Galilei, werd er nog voor op de brandstapel gegooid. Een invasie door buitenaardsen is de uitgekauwde plotline van honderden razendpopulaire science fiction boeken en series, variërend van War of the Worlds tot V en Independence Day. Waarschijnlijk zal het grootste deel van de mensheid een zucht van verlichting slaken als blijkt dat “minds infinitely superior to us” voorkomen dat het beste kabinet sinds de Tweede Wereldoorlog en hun al even verlichte collega’s in de rest van de wereld, hun onovertroffen talenten tot het creëren van rampspoed nog verder uitleven. De meeste mensen geloven al in een onpeilbaar wijze en almachtige alien, God genaamd. Kortom: als er geheimhouding moet zijn, heeft dat waarschijnlijk een andere reden. Want waar komen deze aliens vandaan? En:  waarom hebben ze met hun onvoorstelbaar overvloedige hulpbronnen de mensheid nodig om onderzoek te doen?

Mogelijkheid 1: de aliens waren hier al veel eerder en onze voorouders vereerden ze als goden. 
God kwam al eerder ter sprake als een almachtig buitenaards wezen. Voldoende geavanceerde technologie is niet van magie te onderscheiden. Zou een buitenaards wezen duizenden jaren geleden op aarde landen, dan zouden mensen hen vermoedelijk zien als goden. In feite is dit precies wat er gebeurde in enkele gevallen waarbij westerlingen met paarden en vuurwapens in aanraking kwamen met op wapengebied iets minder ver ontwikkelde beschavingen, zoals de Azteken en de Inca’s. Beschrijvingen  in zowel de Tenach (Ezechiël) als in de vedische literatuur uit India hebben veel weg van twintigste- en eenentwintigste technologie, bij Ezechiël. een vliegend tuig, in de veda’s een nucleaire oorlog en een raketafweersysteem. Zou dit inderdaad kloppen, en zouden de goden inderdaad kosmonauten zijn zoals kroegbaas Erich von Däniken beweerde, dan zouden letterlijk miljarden mensen van hun geloof afvallen. De maatschappelijke impact zou aanzienlijk zijn.

Mogelijkheid 2: we leven in een simulatie.
Volgens de simulatiehypothese is onze wereld een soort zeer realistisch computerspel, een soort Second Life. God is, vanaf atheïstisch oogpunt bekeken, dan de sysadmin van de simulatie die het heelal is en die op een onvoorstelbare krachtige supercomputer ergens draait. Wij zijn dan niets dan een computerprogramma.
De diverse geloven, zoals christendom en boeddhisme zijn in feite varianten van de simulatietheorie. Dit zou inderdaad een enorme schok zijn, vooral voor atheïsten en agnosten. Afhankelijk van met welk geloof de werkelijke simulatie overeen komt, zou ook dit een schokeffect hebben op gelovigen met een sterk hiervan afwijkend wereldbeeld.  De aliens zouden hier onze hulp niet nodig hebben. De programmeur van de simulatie is immers almachtig. De Marsbasis zou eveneens niet nodig zijn.

Mogelijkheid 3: de aliens komen van een parallel heelal. 
Volgens de veel-wereldeninterpretatie van de kwantummechanica en enkele kosmologische modellen bestaan er veel parallelle heelallen naast ons eigen heelal. Hier zijn de natuurwetten iets anders.  De schok hiervan zou beperkt zijn. De Kelten geloofden al in parallelle werelden. In de 1001 Nacht, gebaserd op oude Perzische legenden en filosofieën,  worden onderaardse werelden beschreven. Ook hemel en hel, en de diverse werelden van het Zuivere Land boeddhisme waarin je incarneert als je het erg goed, of juist erg slecht, doet, kunnen worden gezien als parallelle werelden. Parallelle heelallen zijn een minder schokkend alternatief dan de eerder genoemde mogelijkheden. Het is al vrij algemeen bekend onder het grote publiek dat ons heelal waarschijnlijk niet het enige heelal is. De voorwaarden voor leven zijn namelijk wel erg gunstig in dit heelal. Waarschijnlijk bestaan er veel heelallen waar bijvoorbeeld sterren direct ontploffen of er geen atomen bestaan. Dit is dus zeker een mogelijkheid.

Mogelijkheid 4: de “experimenten” van de aliens zijn verre van onschuldig en onethisch naar huidige menselijke maatstaven.
Aardbewoners die door aliens ontvoerd zeggen te zijn, verklaren dat ze onvrijwillig deel uitmaakten van fokexperimenten. Een buitenaards fokprogramma zou inderdaad ethisch erg schokkend zijn en de buitenaardsen niet erg populair maken onder de gemiddelde aardbewoner. Een fokprogramma is voor een soort die biologisch totaal afwijkt van de mens, vanzelfsprekend niet haalbaar. Zo zijn er geen gevallen bekend waarin Japanse octopus-porno resulteerde in de geboorte van een nieuw zeemonster. Waarmee we op de volgende optie komen.

Mogelijkheid 5: de aliens zijn afstammelingen van de mens uit de verre toekomst en hebben ons DNA nodig. 
Getuigenverslagen beschrijven doorgaans “greys”, mensachtige wezens met grote ogen en een groot hoofd op een spichtig lichaam. Vergeleken met onze aapachtige voorouders hebben wij een groter hoofd, grotere ogen en een zwakker lichaam. Toekomstige mensensoorten zouden veel op deze greys kunnen lijken, als deze ontwikkelingen zich doorzetten. Mogelijk ontstond er in de verre toekomst een calamiteit, bijvoorbeeld een ziekte, waardoor voortplanting niet meer mogelijk is of de mens op uitsterven staat. Indianenvolkeren met weinig genetische variatie die afstamden van het handjevol eerste kolonisten uit Siberië, stierven als vliegen aan voor ons alledaagse ziekten als griep of verkoudheid. Menselijke plantenkwekers zijn voortdurend op zoek naar materiaal van gewassen als tarwe, tomaten en olijven uit zogenoemde Vavilov-centra. Dit zijn plekken, waar de meeste genetische variatie is te vinden. De aarde van nu is het Vavilov-centrum van de mens.  Toekomstige kolonisten zullen net als de voorouders van de indianen, uit vrij kleine groepen bestaan. Mogelijk zijn ze zo genetisch homogeen, dat hun voortbestaan wordt bedreigd. Genen oogsten op aarde ligt dan voor de hand. Medewerking van een grote aardse mogendheid, zoals de supermacht Usa, is dan nuttig om incidenten in de doofpot te stoppen.
Dit scenario veronderstelt tijdreizen. Omdat tijdreizen allerlei logische paradoxen oplevert, zouden deze wezens dan uit een parallelle tijdlijn afkomstig moeten zijn. Ook veronderstelt dit scenario een relatief gebrekkige kennis van de menselijke biologie. Hoewel er subscenario’s denkbaar zijn waarbij deze kennis verloren is geraakt, bijvoorbeeld omdat de mens een machineachtige soort is geworden en vervolgens door een ramp al deze biologische kennis is vernietigd – zo weten wij ook niet meer hoe Grieks vuur of (tot voor kort) Romeins zeewaterbestendig beton werden gemaakt – , zijn deze niet heel waarschijnlijk. Deze aliens zouden dan over moeten gaan op low-tech methodes als seks en implantatie in draagmoeders. Sterk punt van dit scenario is wel dat het buitenaardse ontvoeringen logisch verklaart.

Mogelijkheid 6. De aliens zijn gestrand in het zonnestelsel en hebben aardse hulp nodig om te ontsnappen. 
De afstanden tussen sterren zijn enorm. De afstand tot het Alfa Centauristelsel, de dichtstbijzijnde zonachtige ster, is 4,2 lichtjaar, oftewel rond de 250.000 maal verder dan de afstand tussen de aarde en de zon. Zonder een warpachtige aandrijving zijn deze afstanden niet te overbruggen.

Stel, een astronaut zou stranden in de Romeinse tijd, of in het Chinese Tang-keizerrijk omstreeks het jaar nul, of bij de Maya’s, en niet ziek worden of gedood. Zelfs als hij of zij een complete bibliotheek met alle aardse technische kennis van nu tot zijn beschikking had, en redelijk Latijn of klassiek, Chinees of Kiche zou spreken, dan zou hij weinig hebben aan het primitieve smeedijzeren Romeinse, Chinese, laat staan stenen Maya-gereedschap om zijn ruimteschip te repareren. Om van de aarde te ontsnappen, zou hij minimaal een laat twintigste-eeuwse beschaving uit de grond moeten stampen om alle onderdelen van zijn ruimteschip te kunnen produceren. Dit zou zeker twee tot drie generaties kosten, als je veel risico neemt, zo ongeveer alle priesters tot vijand maakt en alle medewerking hebt van de machthebbers.

In dit geval is niet zozeer sprake van een schokeffect, maar van (gerechtvaardigde) angst van de aliens dat ze tot slaaf gemaakt en uitgebuit zullen kunnen worden. Dit scenario zou verklaren waarom aliens menselijke hulp nodig hebben.

Een variant is dat deze aliens de laatste overlevenden van een interstellaire oorlog zijn en onderdak zoeken op een barbaarse planeet. Ongeveer zoals rebellen die zich in een tropisch regenwoud verstoppen.

Of…
Deze lijst is verre van uitputtend. Wat denken jullie, als lezers?

Bron
1. The UFOs have asked not to publish that they are here, humanity is not ready yet (vertaald), Yedioth Aharonot, 2020
2. The UFOs Didn’t Come In Peace! Astronaut Sets Record Straight On ET Nuclear War, Huffington Post, 2019
3. Prof. Haim Eshed: “Aliens asked not to publish that they are here (vertaald), radio2000, 2020
4. David Israel, Former Head of Israel’s Space Program: The Aliens Asked Not To Be Revealed, Humanity Not Yet Ready, JweishPress.com, 2020

Is niet-organisch leven mogelijk?

Koolstofverbindingen worden in de chemie organische verbindingen genoemd. Dit is niet voor niets. Koolstof is onmisbaar voor leven. De koolstofchemie is onvoorstelbaar rijk. Er bestaan meer verbindingen met koolstof dan alle bekende verbindingen zonder koolstof. Maar wat als er om welke reden dan ook, op een bepaalde plek geen koolstof is maar wel andere elementen en energie? Of als er zelfs geen chemie zoals we die kennen mogelijk is? Zou zich op die plek leven kunnen vormen? Het antwoord: misschien, al is de kans hierop voorzover we weten niet erg groot. Hieronder een overzicht met de, voornamelijk speculatieve, kennis die we op dit moment hebben opgedaan.

In een doorbraak in 2017 ontdekten onderzoekers iets opmerkelijks. Ze slaagden er in om met behulp van gerichte evolutie een enzym van de bacterie, Rhodothermus marinus, tot een effectieve katalysator om te vormen voor de vorming van verbindingen tussen koolstof en silicium. Een bacterie die in staat is om silicium te verwerken, bewijst dat het in theorie mogelijk is dat er gedeeltelijk op silicium gebaseerde levensvormen bestaan.Zie ook deze video.

Werk van Caltech-onderzoekster Frances Arnold bewees dat het mogelijk is om bacteriën silicium te laten gebruiken. En dat hiermee mede op silicium gebaseerd leven denkbaar is. Bron: Caltech

Op dit moment is er op aarde geen ecologisch voordeel voor dergelijke levensvormen, maar op werelden die veel heter zijn dan de aarde, bijvoorbeeld Venus, zijn op silicium gebaseerde levensvormen mogelijk in het voordeel. Siliconen en andere siliciumverbindingen zijn soms beter tegen hoge temperaturen bestand dan koolstofverbindingen. En silicium is nog maar het begin van de mogelijkheden…

Bron
Frances H. Arnold et al., Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation: Bringing silicon to life, Science Magazine, 2016 (DOI: 10.1126/science.aah6219 )

 

X17-deeltje: bewijs voor vijfde natuurkracht sterk toegenomen

Een nieuwe bevestiging door een Hongaars team van het bestaan van een nog onbekend boson, deze keer bij het verval van helium, doet vermoeden dat we een nog onbekend deeltje op het spoor zijn – en hiermee een deeltje dat niet in het Standaardmodel voorkomt. Als dit experiment wordt gereproduceerd.

Ontbrekende impuls
In 2016 deed het team metingen aan de terugval van een aangeslagen beryllium-8 kern. Aangeslagen atoomkernen bevinden zich op een hoger energieniveau dan kernen in de grondtoestand. Na verloop van tijd springen ze terug in de grondtoestand, waarbij ze de extra energie in de vorm van een deeltje, doorgaans een foton of deeltjespaar, uitzenden. Dit is een welbekend proces binnen de atoomfysica. We weten ook hoe atoomkernen zich in dit geval gedragen. Onder de ijzeren wet van behoud van impuls, moeten alle uitgezonden deeltjes een opgetelde impuls van nul hebben. Als bijvoorbeeld een deeltje onder een hoek van 15 graden naar rechts afbuigt, moet een even zwaar deeltje 15 graden naar links afbuigen, of bijvoorbeeld een half zo zwaar deeltje 30 graden naar links. Als deze optelsom niet meer klopt, moet er een ontbrekend deeltje zijn. Op deze manier is tachtig jaar geleden ook het neutrino ontdekt. Bij het radioactief verval van atoomkernen ontdekten de onderzoekers dat er een kleine hoeveelheid impuls ontbrak. Deze impuls bleek toe te behoren aan een nog onbekend deeltje, waarvan we nu weten dat dat dit het neutrino is.

Een vijfde natuurkracht kan mogelijk donkere materie en.of donkere energie verklaren. Bron: NASA

Dit is ongeveer wat de onderzoekers waarnamen bij de berylliumkernen. Deze vielen terug in de grondtoestand, bij uitzending van een onbekend deeltje. Dit deeltje viel in korte tijd uiteen in een elektron positronpaar. Het experiment werd in de jaren daarna herhaald, deze keer met een helium-4 kern. Ook hier bleek een onbekend deeltje met een vergelijkbare massa vrij te komen. Op grond hiervan vermoedt het team dat het om hetzelfde deeltje gaat, dat ze het ‘X17-boson’ hebben gedoopt.

We weten van het X17-deeltje dat het uiteenvalt in een elektron positronpaar en ongeveer 35 maal zo zwaar is als het elektron, iets onder de 17 MeV/c². Vandaar de voorlopige naam. Het deeltje reageert alleen met neutronen, niet met protonen, omdat het ‘protonfobisch’ zou zijn[3]. Dit gedrag is omgekeerd aan dat van fotonen, die wel reageren op protonen (en elektronen) maar niet op de elektrisch neutrale neutronen. Dit zou ook verklaren waarom dit deeltje tot nu toe niet ontdekt is.

Geen natuurkundige is er tot nu toe in geslaagd om binnen het standaardmodel een verklaring te vinden voor X17. Dat zou betekenen dat we voor het eerst een deeltje hebben waargenomen dat niet binnen het Standaardmodel past – en hiermee de poort opent naar nieuwe natuurkunde en een vijfde natuurkracht.

Hoe zeker zijn deze ontdekkingen?
De meetnauwkeurigheid is groot. De kans dat deze uitkomsten op toeval berusten is 7,1 sigma, m.a.w. kleiner dan 1 op de 400 miljard [2]. Dat, gecombineerd met het eerdere experiment, maakt dat we – uitgaande van het werk van deze groep – kunnen concluderen dat deze metingen valide zijn en er daadwerkelijk een nieuw, onbekend verschijnsel is waargenomen, dat tot nu toe niet met het bekende Standaardmodel is te verklaren. Het is niet uit te sluiten dat we een verklaring over het hoofd zien, al is deze kans klein. Met redelijk grote waarschijnlijkheid is hier dus sprake van ‘nieuwe natuurkunde’. Eindelijk. En dat nog wel buiten het enorme LHC-experiment, dat alleen het bestaan van het Higgs-boson aan heeft getoond.

Wel bestaan er binnen de natuurkundige gemeenschap de nodige twijfels over deze waarnemingen, vooral omdat deze groep al eerder soortgelijke claims deed, die deze – door gebruik van nauwkeuriger meetapparatuur – moest terugtrekken [4]. Hopelijk komt er snel een experiment van een andere groep, waarin deze waarnemingen worden bevestigd.

Wat zijn de gevolgen?
Net zoals het gedrag van een biljartbal prima te beschrijven is met Newtoniaanse middelbare school natuurkunde en het niet nodig is hier de relativiteitstheorie op los te laten, zal in het dagelijks leven deze ontdekking weinig gevolgen hebben. Op korte termijn. Zodra we er in slagen om vergelijkingen voor deze nieuwe natuurkracht op te stellen, dan opent dit nu nog ongekende mogelijkheden. Mogelijk kunnen we door middel van de nieuwe natuurkunde de raadsels van donkere materie en donkere energie blootleggen. Zouden we hier in slagen, en beide natuurverschijnselen leren te benutten, dan ligt het heelal voor ons open en mogelijk zelfs tot Kardashev-IV beschaving uit kunnen groeien. Mogelijk zullen de gevolgen beperkt blijven, zoals met bijvoorbeeld de ontdekking van het neutrino waar we nog vrij weinig mee kunnen.

Bronnen
1. Presentatie 8Be-anomalie, CNNP, Catania, 2017
2. A.J. Krasznahorkay, M. Csatlós, L. Csige, J. Gulyás, M. Koszta, B. Szihalmi en J. Timár, New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle, ArXiv preprint server, 2019 (ingezonden voor Physical Review Letters)
3. Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo,  Protophobic Fifth Force Interpretation of the Observed Anomaly in 8Be Nuclear Transitions, ArXiv preprint server, 2016 (published in Prl)
4. Evidence of a ‘Fifth Force’ Faces Scrutiny, Quanta Magazine, 2016

Biofluorescentie: kunnen we buitenaards leven waarnemen?

Met de dichtstbijzijnde ster met een planetenstelsel, Alfa Centauri, op een duizelingwekkende 4,2 lichtjaar afstand, ziet het er op het eerste gezicht somber uit voor de mogelijkheden om buitenaards leven te detecteren vanaf hier. Alleen met telescopen kunnen we meer te weten komen van deze verre werelden, zowel direct, door ze waar te nemen en hun licht te analyseren, als indirect, bijvoorbeeld omdat ze de ster waar ze om heen draaien verduisteren of laten schommelen.

Biofluorescente organismen. Bron: D. Gruber et al., Wikimedia commons

Toch blijken er soms, zoals nu, opmerkelijke manieren te bestaan waarop we kennis kunnen ontfutselen aan de natuur. Denk bijvoorbeeld aan het huzarenstukje van een groep astronomen, die exoplaneten ontdekten rond een ster in een naburig sterrenstelsel op vele miljoenen lichtjaren afstand, door de intensiteit van het sterrenlicht te meten. Dit geldt ook voor het ontdekken van buitenaards leven en vooral planten.

Biofluorescentie op buitenaardse werelden

Als een buitenaards ecosysteem planeetwijd aanwezig is, heeft dat gevolgen voor de intensiteit en kleur van licht, afkomstig van deze planeet. Welk ecosysteem ook aanwezig is, het heeft energie nodig om voort te bestaan en de meest overvloedige (en daarmee logische) bron van energie is straling van de zon, waar de planeet omheen roteert. Op aarde heeft fotosynthese zich meerdere keren onafhankelijk van elkaar ontwikkeld. Het is daarmee aannemelijk dat extraterrestriële plantaardige organismen dat ook zullen doen. En waar er pigmenten zijn om elektromagnetische straling te absorberen en om te zetten in chemische energie, is er ook fluorescentie. Biofluorescentie. Zullen we door dit bijzondere verschijnsel in staat zijn om vast te stellen dat we niet alleen zijn in het enorme heelal? Deze video gaat hier nader op in.

Wat is biofluorescentie?

Sommige moleculen stralen licht uit als ze licht (of andere elektromagnetische straling, zoals ultraviolet) geabsorbeerd hebben. Fosforescernde materialwn blijven nagloeien, waar fluorescerende materialen direct het licht van een andere golflengte (doorgaans langer dan die van de binnenkomende straling) uitstralen. Biofluorescentie is fluorescentie die optreedt bij levende organismen. Op aarde komen veel biofluorescerende organismen voor, onder andere in de diepzee. Mooie voorbeelden van biofluorescentie op aarde komen in deze video aan de orde.

Cambrische Explosie: werd de aarde ingezaaid met complex leven?

Wickramasinghe did it again. Een gedurfde hypothese van de usual suspect veronderstelt dat de Cambrische explosie, waarbij een zeer grote variëteit aan diersoorten ontstond, is veroorzaakt door het inzaaien van de aardse biosfeer door buitenaards leven. Kan deze theorie kloppen? Wat zijn de implicaties?

De raadselachtig snelle opkomst van het leven

Alle bekende op cellen gebaseerde levensvormen op aarde, van de mens tot bacteriën, stammen af van één enkele voorouder: de Last  Universal Common Ancestor of LUCA die 3,8 miljard jaar geleden leefde. LUCA was verrassend compleet. Genetici hebben tweeduizend micro-organismen (zowel bacteriën als archaeae) uitgeplozen en vastgesteld dat LUCA naar alle waarschijnlijkheid een organisme was dat in staat was de gassen koolstofdioxide, waterstof en stikstof te binden en in complexe biochemische verbindingen om te zetten[1] ex. [2]. Geen geringe prestatie voor zelfs een hedendaagse bacterie. Al denken sommige collega’s van het team dat LUCA maar half-levend was en voor een deel gebruik maakte van een natuurlijke gradiënt in een onderzeese heetwaterbron om zo op chemische wijze de energiedrager ATP te produceren [1]. Wel wordt door wetenschappers vermoed dat de hoogstwaarschijnlijk drijvende kracht achter het metabolisme van LUCA, de Wood-Ljungdahl stofwisselingsroute, een abiotische oorsprong heeft. Maar waar kwam LUCA vandaan?

Panspermie

Panspermie veronderstelt dat het leven van de ene planeet naar de andere kan reizen. Weliswaar is het heelal (en zeker het heelal van vier tot vijf miljard jaar geleden) een uitermate ongastvrije plek voor onbeschut leven – denk aan kosmische straling, supernova-uitbarstingen en dergelijke), maar de enorme grootte maakt dit meer dan goed. Alleen al ons eigen sterrenstelsel biedt onderdak aan naar schatting tientallen miljarden aardachtige planeten en een factor miljard maal zoveel kometen. Dat maakt het biljoenen malen waarschijnlijker dat er ergens leven ontstaat.

Octopussen vormen een van de raadselachtigste diergroepen. Zijn ze buitenaards? Bron: Wikimedia Commons

Dat is ook nodig. Uit fylogenetisch onderzoek ([3] e.a.) blijkt, dat LUCA in feite te complex is om in het korte tijdsvenster (200 miljoen jaar) tussen de vorming van een vaste aardkorst  (minder dan 4,0 miljard jaar geleden) en de oudste vondst van sporen van leven (3,8 miljard jaar geleden) te kunnen zijn ontstaan uit eenvoudige moleculen.

Panspermie maakt zowel het tijdsvenster (tien miljard jaar, honderd maal zo groot) als het aantal mogelijke plekken (vele biljarden in plaats van  één) voor de ontwikkeling van leven veel groter. Vooral grotere waterrijke objecten bieden een goede bescherming tegen kosmische straling – waterijs is voorgesteld als effectief schild voor ruimtevaartuigen.

Cambrische Explosie vanwege aliens?

De geschiedenis van het leven op aarde was het grootste deel van de tijd vrij saai. Meer dan twee miljard jaar waren er alleen eencelligen zonder celkern. Pas anderhalf miljard jaar geleden ontstonden organismen met een celkern en zeshonderd miljoen jaar geleden brak de Cambrische Explosie uit. Hierbij ontstonden er in vrij korte tijd zeer veel verschillende diergroepen uit wat daarvoor eenvoudige wormen en holtedieren waren. Te toevallig om een natuurlijke oorzaak te hebben, stellen de nogal omstreden Wickramasinghe en enkele collega’s in een nieuw artikel [4]. Vooral de absurde complexiteit van octopussen – de slimste ongewervelde dieren, slimmer zelfs dan veel zoogdieren – zien ze als bewijs dat uit een verre buitenaardse oceaan eieren van deze dieren richting aarde zijn gelanceerd in een ijzige interstellaire komeet á la Oumuamua.

Kunnen ze gelijk hebben?

Hoe complexer een organisme, hoe meer energie het verbruikt. Buiten de Goldilocks-zone van een ster is er maar weinig energie beschikbaar. Levende organismen moeten de enorme interstellaire afstanden – denk aan honderdduizenden malen de afstand tussen de zon en de aarde voor de dichtstbijzijnde exoplaneten – dus in slaaptoestand doorbrengen. Bij de enorme tijdschaal waar we nu over spreken – tienduizenden jaren of meer – neemt de kans op beschadigingen drastisch toe. Organismen moeten deze beschadigingen kunnen repareren. Dat vereist een vorm van rustmetabolisme, dus energieverbruik. Bacteriën of andere micro-organismen kunnen dit in principe. Er zijn aardse bacteriën tot leven gewekt die 250 miljoen jaar lang in slaaptoestand verkeerden. Mogelijk zouden ook tardigraden, beerdiertjes, het zo lang volhouden in een energiearme omgeving. Complexe organismen zoals octopussen zouden over onvoldoende energie beschikken in de vloeibare kern van een komeet. Hun cellen zijn veel complexer dan die van bacteriën. Een andere variant genoemd in het artikel, exo-retrovirussen die de Cambrische Explosie zouden hebben veroorzaakt, is dan waarschijnlijker. Zij het dat die retrovirussen dan wel aardse organismen zouden moeten kunnen aantasten. Dit is alleen waarschijnlijk als panspermie zeer regelmatig voorkomt. De standaardverklaring voor de Cambrische Explosie, een hoger zuurstofgehalte waardoor er meer energie beschikbaar kwam voor complexe dieren, is een logischer verklaring.

Octopussen wijken genetisch gesproken inderdaad sterk af van de rest van de ongewervelden, maar toch is er een duidelijke verwantschap met de rest van het aardse leven.[5] Het is niet nodig om een buitenaardse herkomst te veronderstellen voor deze dieren om hun bestaan te verklaren. [5] gaat uit van een splitsing van de rest van de inktvissen ongeveer 270 miljoen jaar geleden. Mogelijk is het in octopussen aangetroffen unieke, haast Lamarckiaanse gedrag van messenger RNA’s verantwoordelijk voor deze unieke evolutie.

Bronnen
1. Universal ancestor of all life on Earth was only half alive, New Scientist, 2012
2. Madeline C. Weiss et al., The physiology and habitat of the last universal common ancestor, Nature Microbiology volume 1, Article number: 16116 (2016) doi:10.1038/nmicrobiol.2016.116
3. M.A. Line, Panspermia in the context of the timing of the origin of life and microbial phylogeny, International Journal of Astrobiology, 2007
4. Steele et al., Cause of Cambrian Explosion – Terrestrial or Cosmic? Progress in Biophysics and Molecular Biology, 2018, DOI:10.1016/j.pbiomolbio.2018.03.004
5. C. Albertin et al., The octopus genome and the evolution of cephalopod neural and morphological novelties, Nature, 2015, DOI:10.1038/nature14668

 

Dutch