donkere materie

De Melkweg wordt omringd door een onzichtbare halo van donkere materie. Deze moet het vreemde rotatiegedrag van de Melkweg verklaren. bron: ESO

UPDATE: ‘Donkere materie bestaat toch wel’

169 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 8 juni 2012

De nauwkeurigste zoektocht ooit naar donkere materie in de omgeving van de zon, wijst uit dat er geen enkel zwaartekrachtseffect van donkere materie is. Dit terwijl donkere-materiemodellen deze wel voorspellen. Astronomen en natuurkundigen ziten nu met de handen in het haar. Alleen afwijkingen in de zwaartekrachtstheorie – of een totaal nieuwe natuurkunde – lijken nog soelaas te bieden.

De Melkweg wordt omringd door een onzichtbare halo van donkere materie. Deze moet het vreemde rotatiegedrag van de Melkweg verklaren. bron: ESO
De Melkweg wordt omringd door een onzichtbare halo van donkere materie. Deze moet het vreemde rotatiegedrag van de Melkweg verklaren. bron: ESO

Bizarre snelle draaiing
Met sterrenstelsels zoals de Melkweg is wat merkwaardigs aan de hand. Het buitenste deel lijkt in verhouding veel sneller te draaien dan het binnenste deel. Dit is niet wat je zou verwachten. Immers, de zwaartekracht in het binnenste deel van het sterrenstelsel is veel sterker dan in de buitenste delen. Je zou dus verwachten dat het binnenste deel veel sneler zou draaien dan het buitenste deel. Dat blijkt niet het geval. De reden is, vermoeden astronomen, een grote onzichtbare halo van ‘donkere materie’: materie die niet reageert op zichtbare materie, maar wel zwaartekracht uitoefent. Het binnenste deel van het Melkwegstelsel merkt niets van de donkere materie in het buitenste deel, omdat de zwaartekracht daarvan zichzelf opheft. Sterren en andere objecten aan de rand van het sterrenstelsel merken die invloed uiteraard wel, waardoor ze veel sneller rond het centrum van de Melkweg draaien dan verwacht kan worden als er geen donkere materie zou zijn.

Door nauwkeurige metingen te doen aan sterren en hun bewegingen, kunnen astronomen een globale indruk krijgen van de zwaartekrachtsvelden waardoor deze sterren worden beïnvloed en dus de donkere-materieverdeing in bijvoorbeeld onze eigen Melkweg. Deze heeft veel weg van een bolvormige halo, die in het centrum veel dichter is dan aan de randen.

Op zoek naar de zwaartekracht van donkere materie
Volgens het gebruikelijke donkere-materiemodel bevindt zich ongeveer vier keer zoveel donkere materie als zichtbare materie in het heelal (en ongeveer ook in die verhouding in de Melkweg). Dit betekent ook, dat er de nodige donkere materie moet zijn in het gebied rond de zon. De invloed daarvan moet merkbaar zijn op de bewegingen van sterren. Precies dat is nu onderzocht. Een team astronomen gebruikte de (vrij kleine) MPG/ESO 2.2-meter telescoop op ESO’s La Silla Observatory, in combinatie met andere telescopen. Hierbij maten ze zeer precies de bewegingen van meer dan 400 sterren tot op 13 000 lichtjaar afstand van de zon. Met behulp van deze nieuwe data berekenden ze de massa van het materiaal in de nabijheid van de zon, een volume dat vier keer zo groot is als in eerdere onderzoeken. Volgens de donkere-materietheorie zweeft er in een volume zo groot als de aarde rond een kilogram donkere materie. Niet veel, maar gezien de enorme omvang van het bestudeerde volume, is het totaaleffect toch enorm.

Spoorloos
Naar bleek, was de hoeveelheid massa, afgeleid van de gemeten zwaartekracht, precies gelijk aan wat verwacht kon worden aan de hand van de massa van bekende sterren, stofwolken en gaswolken in dit gebied. Er bleek geen spoor van donkere materie aanwezig, aldus teamleider Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chili). Volgens de berekeningen moest de donkere materie opduiken en sterbewegingen verstoren. Dit bleek niet te gebeuren: de sterren gedroegen zich precies zoals verwacht kon worden aan de hand van de bekende zwaartekrachtsbronnen. Dit is heel vervelend voor astronomen, want donkere materie vervult nu al een glansrol in allerlei theorieën die het ontstaan van sterrenstelsels beschrijven. Die kunnen dus waarschijnlijk de prullenbak in. Ook onze hoop om donkere materie door middel van zeer gevoelige ondergrondse deeltjesdetectoren te ontdekken, is waarschijnlijk tevergeefs.

Andere verklaring
Als donkere materie de waargenomen effecten niet verklaart, moet er wat anders aan de hand zijn. Een klein aantal natuurkundigen gelooft dat de zwaartekracht zich op zeer grote afstanden anders gaat gedragen: MOND (MOdified Newtonian Dynamics). Interessant is dat dit een (miniem) effect op de baanbewegingen van de ruimtesondes Pioneer 10 en Pioneer 11 moet hebben. Hierover is dan ook een vinnig debat aan de gang: volgens de meeste natuurkundigen worden de afwijkingen veroorzaakt door warmtestraling, die de ruimtesondes een zetje geeft. Zoals Sir Arthur Conan Doyle zijn held Sherlock Holmes al liet zeggen: als het onmogelijke is uitgesloten, wordt het onwaarschijnlijke waarschijnlijk. We zullen dus dit soort verklaringen – of nog veel verder gaande verklaringen, zoals die van Erik Verlinde of Arto Annila – serieus moeten gaan onderzoeken.

UPDATE: Fout in berekeningen
Zoals vaker in de wetenschap is ook dit resultaat niet zo solide als het oorspronkelijk leek. Toen een andere groep onderzoekers de berekening naliep bleek er wel degelijk donkere materie aanwezig. Wordt vervolgd.

Bron
Moni Bidin C., Carraro, G., Méndez, R.A., & Smith, R., Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood, arXiv:1204.3924 (2012)

A520 kent zes massacentra (zie cijfers). De totale doorsnede is rond de 4 miljoen lichtjaar.

Het A520 mysterie

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 14 maart 2012

Donkere materie blijkt soms veel stroperiger te zijn dan tot nu toe gedacht. Wat gebeurt er in het donkere hart van A520? Nieuwe waarnemingen maken het raadsel alleen nog groter.

Het raadsel van supercluster A520
A520 is een galactische supercluster, dat wil zeggen: behorende tot de grootste structuren die we in het heelal kennen. A520 is het product van de botsing van enkele superclusters.

Nu is er met A520 wat vreemds aan de hand. Astronomen bestudeerden de zwaartekrachtsverdeling in Abell 520 door de zwaartekrachtslenswerking van de materie in A520 te analyseren met de Hubble ruimtetelescoop.

A520 kent zes massacentra (zie cijfers). De totale doorsnede is rond de 4 miljoen lichtjaar.
A520 kent zes massacentra (zie cijfers). De totale doorsnede is rond de 4 miljoen lichtjaar.

Onverklaarbare klontering donkere materie
Superclusters bevatten, zoals alle groepen melkwegstelsels, naast materie, een veelvoud aan donkere materie.  Analyses van eerdere  botsingen wezen uit dat de bijbehorende wolken donkere materie door elkaar bewogen. Bij deze botsing klontert de donkere materie echter opeen in het centrum, een verschijnsel dat nog nooit eerder is waargenomen. Ook zendt dit gebied erg veel röntgenstraling uit (de rode gloed in de afbeelding).

Dit maakt het raadsel van wat donkere materie eigenlijk is, alleen maar groter. Klaarblijkelijk gedraagt deze zich verschillend in omstandigheden die in grote lijnen sterk op elkaar lijken. In sommige gevallen lijkt het zich als een weerstandsloos fluïdum te gedragen, in dit geval meer als een gaswolk (zij het dan dat er van excessieve stervorming geen sprake is).

Mogelijke verklaringen
Door de onderzoekers zijn verschillende mogelijke verklaringen genoemd, die echter ook volgens de onderzoekers zelf geen van alle erg bevredigend zijn. Zo betekent deze waargenomen massaverdeling, ook uit eerdere metingen, dat de opeenhoping niet door donkere materie die met zichzelf reageert veroorzaakt kan zijn. Het is ook mogelijk dat dit cluster toevallig erg rijk is aan donkere materie. Diot zou dan wel het eerst bekende cluster ooit zijn waarvoor deze uitzonderlijke verhouding geldt, dus ook dit is een minder waarschijnlijke verklaring. Ook de aanwezigheid van een dun filament is mogelijk (maar ook hier: minder waarschijnlijk). Hopelijk wijst toekomstig onderzoek uit wat de precieze oorzaak is.

Bron
H. Hoekstra et al., A Study of the Dark Core in A520 with Hubble Space Telescope: The Mystery Deepens, Arxiv (2012)

We weten dat er veel meer donkere materie is dan normale materie. Waar het uit bestaat is echter nog een raadsel.

‘Donkere materiedeeltje extreem zwaar’

4 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 9 december 2011

Donkere materie, waaruit 80% van alle massa bestaat, is raadselachtiger dan ooit, met onderzoeksresultaten die elkaar lijken tegen te spreken. Uit de laatste metingen blijkt dat als donkere materie uit een onzichtbaar deeltje bestaat, dit met boven de veertig protonmassa’s zwaarder is dan een middelzwaar atoom.

We weten dat er veel meer donkere materie is dan normale materie. Waar het uit bestaat is echter nog een raadsel.
We weten dat er veel meer donkere materie is dan normale materie. Waar het uit bestaat is echter nog een raadsel.

Eerdere waarnemingen van spookachtig deeltje?
Dit spreekt aanwijzingen uit drie eerdere experimenten op aarde tegen, die juist wezen op een lichtgewicht donkere-materie deeltje dat ongeveer een kwart zo zwaar is.

Volgens sommigen zijn deze deeltjes nog niet ontkracht. De populairste kandidaat voor donkere materie is de WIMP (zwak reagerend, massief deeltje). WIMPs zouden zich vlak na de Big Bang gevormd hebben en er toe hebben geleid dat materie samenklonterde tot melkwegstelsels. We weten door de zwaartekrachteffecten hoeveel donkere materie er is en waar deze zich bevindt,maar we weten niet uit wat voor deeltjes (als het deeltjes zijn) deze bestaat. In drie deeltjesdetectoren – twee in de ondertussen wereldberoemde Gran Sasso en één in de Amerikaanse staat Minnesota werden aanwijzingen gevonden voor dit deeltje.

Waarnemingen van zelfvernietiging door donkere materiedeeltje?
Sommige modellen van WIMPs voorspellen dat de deeltjes hun eigen antideeltje zijn, dus elkaar vernietigen. Dit is waar te nemen door een voortdurende uitbarsting van gammastraling en deeltjes. In 2010 werd er inderdaad gammastraling gevonden, afkomstig van het centrum van de Melkweg (die zeer rijk is aan donkere materie) die zou ontstaan als een lichtgewicht donkere materiedeeltje zou worden vernietigd. Volgens twee andere groepen klopt dat echter niet en wijzen hun analyses op een deeltje dat vier keer zo zwaar is, 40 GeV.

Te weinig straling
Beide groepen letten op de hoeveelheid straling die vrijkomt in de dwergstelsels rond ons Melkwegstelsel gedurende meerdere jaren. Als de hoeveelheid donkere materie in een melkwegstelsel bekend is, is uit te rekenen hoe groot de kans is dat twee deeltjes elkaar annihileren. Hoe zwaarder de deeltjes, hoe kleiner hun waarschijnlijkheidsgolf en ook: hoe minder er van nodig zijn om de donkere materie te verklaren, dus hoe minder groot de kans op een botsing. Door middel van ingewikkelde berekeningen trokken ze de gammastraling af die vrijkomt uit bekende astronomische processen zoals pulsars en supernovae. Hierbij kwamen ze tot de conclusie dat de gammastraling te zwak was om door lichtere deeltjes veroorzaakt te worden.

Niet iedereen is echter nog overtuigd. Sommige onderzoekers denken dat het model dat hun collega’s gebruikten niet klopt. Zo kan donkere materie op een andere manier uiteenvallen dan de onderzoekers aannemen. Op deze manier kan er toch nog een lichtgewicht donkere-materiedeeltje bestaan.

Bronnen
Fermi-LAT Collaboration,Constraining dark matter models from a combined analysis of Milky Way satellites with the Fermi-LAT,ArXiv.org (2011)
Alex Geringer-Sameth en Savvas M. Koushiappas, Exclusion of canonical WIMPs by the joint analysis of Milky Way dwarfs with Fermi, ArXiv (2011)

Volgens sommige theorieën bestaat donkere materie uit zwarte gaten die zijn ontstaan vlak na de oerknal. Of misschien wel eerder...

‘Donkere materie bestaat uit zwarte gaten’

16 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 26 augustus 2011

Volgens een controversiële nieuwe theorie is de missende materie in het universum opgesloten in onafzienbare aantallen kleine zwarte gaten. Zijn zwarte gaten de regel in plaats van een bizarre uitzondering?

Donkere materie is een lastig probleem dat de astronomie al vele jaren plaagt. Van alle massa die zwaartekrachtseffecten opwekt kunnen we maar een paar procent herleiden tot gaswolken, sterren en planeten. De rest is onzichtbaar, maar oefent wel zwaartekracht uit. Er zijn al veel theorieën bedacht om deze donkere materie te verklaren, variërend van nog niet waargenomen zware deeltjes die behalve door de zwaartekracht nergens mee reageren, tot afwijkingen in de zwaartekrachtswetten.

Volgens sommige theorieën bestaat donkere materie uit zwarte gaten die zijn ontstaan vlak na de oerknal. Of misschien wel eerder...
Volgens sommige theorieën bestaat donkere materie uit zwarte gaten die zijn ontstaan vlak na de oerknal. Of misschien wel eerder...

Misschien deugen beide verklaringen niet. Astronoom Mike Hawkins van het Royal Observatory in het Schotse Edinburgh, denkt dit. Hij gelooft dat wat we donkere materie noemen, in werkelijkheid bestaat uit enorme aantallen zwarte gaten die vlak na de Big Bang zijn ontstaan. De clai is controversieel. Toch gelooft Hawkins dat hij in de loop der jaren voldoende bewijs heeft verzameld om deze claim hard te maken. Als hij gelijk heeft, ziet het heelal er radicaal anders uit dan tot nu toe gedacht. Zwarte gaten komen dan namelijk veel meer voor dan tot nu toegedacht. Ze maken dan zelfs viervijfde van alle materie uit.

Hawkins kwam op zijn ideeën in 1975, toen hij gedurende vele nachten een deel van de zuidelijke sterrenhemel waarnam. Hij gebruikte hiervoor de Engelse Schmidt telescoop in het Australische Siding Springs. Na vijf jaar vond hij naast de sterren die hij zocht, iets onverwachts: duizenden objecten die extreem langzaam helderder en dan zwakker werden. Dit bleken achteraf quasars te zijn: de extreem actieve kernen van jonge melkwegstelsels aan de rand van het (voor ons) waarneembare universum.

Met deze quasars was wat vreemds aan de hand. Het is welbekend dat zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s opvlammen als er materie in valt. Omdat dit onregelmatig verloopt, varieert hun licht, bijvoorbeeld als een ster of groepje sterren wordt opgeslokt.  Dit soort effecten laat quasars opflakkeren in een paar dagen,  niet in jaren of decennia, zoals Hawkins waarnam. Volgens hem is de meest zinnige verklaring microlensing: een onzichtbaar, extreem zwaar object passeert voor de quasar langs en versterkt of verzwakt het licht juist. Zijn berekeningen wijzen uit dat dit in principe kan, als de hemellichamen die voor de quasars langs bewegen ongeveer de massa hebben van de zon. Wat kunnen deze enorme, microlenseffect opwekkende hemellichamen zijn?

Sterren, zou je op het eerste gezicht zeggen, maar de omstandigheden vlak na de Big Bang maken dit zeer onwaarschijnlijk. Uit berekeningen volgt dat er maximaal twee keer zoveel baryonen, ‘zware deeltjes’ zijn als we in de zichtbare materie, zoals sterren en melkwegstelsels, kunnen waarnemen. Kortom: zijn deze zware objecten inderdaad verantwoordelijk voor de versterking en verzwakking van het quasarlicht, dan kunnen ze niet uit materie zoals wij die kennen bestaan. We zien het effect namelijk bij elke quasar. Er is domweg niet voldoende materie in het heelal om dit te verklaren. De objecten moeten dus uit donkere materie bestaan. Zwarte gaten zijn de meest logische kandidaat. Volgens sommige kosmologische theorieën zijn deze ontstaan toen sommige quarks – de bouwstenen van protonen en neutronen – niet deeltjes vormden, maar quarksterren die later door hun hoge dichtheid in zwarte gaten veranderden.

De helderheid van de vier reflecties van het Einsteinkruis wisselt onafhankelijk van elkaar.
De helderheid van de vier reflecties van het Einsteinkruis wisselt onafhankelijk van elkaar.

Het is overigens de vraag of er veel zwarte gaten zijn. De MACHO Collaboration, een team dat op zoek is naar zware donkere objecten, nam drie miljoen sterren waar in de Kleine en Grote Magellaanse Wolken (twee dwergstelsels die op dit moment door de Melkweg op worden geslokt). Als zwarte gaten verantwoordelijk zijn voor donkere materie, moeten er heel veel zijn in en rond de Melkweg. Donkere materie vormt namelijk en soort bolvormige halo rond de Melkweg. Er werden echter slechts zeventien microlensing gebeurtenissen waargenomen. Voorlopige conclusie: slechts twintig procent, misschien zelfs nog wel minder, van de dnkere materie wordt door zware objecten verklaard.

Hawkins is het daar niet mee eens. Hij denkt dat de halo een andere structuur heeft en vraagt zich af hoe efficiënt microlensing effecten werden waargenomen.  Hij heeft nog meer argumenten. De variaties in quasarlicht blijken namelijk niet samen te hangen. Verschillende quasars vertonen heel ander gedrag. Ook blijken de lichtsterktes van delen van een Einsteinring – een door een andere zwaartekrachtlens vervormde quasar of andere lichtbron – onafhankelijk van elkaar te variëren. Als de quasar zelf knippert, is dat onwaarschijnlijk. Een ander argument: zowel quasars ver weg als quasars vlakbij knipperen even snel. Dit kan in feite niet. Quasars ver weg moeten door de Einsteiniaanse tijdsvertraging veel langzamer knipperen. Conclusie: objecten relatief dichtbij moeten verantwoordelijk zijn voor het knipperen, aldus Hawkins.

Zoals een echt goede wetenschappelijke theorie betaamt, is Hawkins model falsifieerbaar. Als donkere materie-deeltjes werkelijk worden aangetoond (en het Italiaanse DAMA experiment onder de granietberg Gran Sasso, alsmede het Amerikaanse CoGent experiment, lijkt daarop te wijzen) heeft Hawkins ongelijk.  Voorlopig zijn de meeste natuurkundigen nog niet overtuigd dat deze twee experimenten iets hebben aangetoond. Wat Hawkins werkelijk nodig heeft is een daadwerkelijke waarneming van een zwart gat. Volgens de berekeningen moeten ze zich op ongeveer veertig lichtjaar afstand van elkaar bevinden. Zwarte gaten van een zonsmassa zijn ook extreem klein – ongeveer drie kilometer in doorsnede – dus uiterst lastig te vinden op die afstand. Daarom wil Hawkins dat de Macho Collaboration wordt voortgezet zodat er meer microlensing gebeurtenissen worden gevonden.

Het kan ook zo zijn dat die zwarte gaten uit een eerder universum afkomstig zijn, d.w.z. ouder zijn dan de Big Bang, zoals sommige theoretici denken. In dat geval is donkere materie uit een eerder heelal afkomstig.

Bronnen
1.  Michael R.S. Hawkins, The case for primordial black holes as dark matter, ArXiv (2011)

De upgrade van het DAMA/LIBRA experiment in 2008 heeft zijn vruchten afgeworpen. Het bewijs dat het experiment donkere materie heeft waargenomen, wordt steeds onomstotelijker.

‘Donkere materie bijna zeker aangetoond’

3 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 8 juni 2011

Jarenlang werden ze uitgelachen door de rest van het donkere-materiewereldje, maar het bewijs wordt nu steeds onomstotelijker dat de onderzoekers van DAMA/LIBRA gelijk hebben en dat ze daadwerkelijk donkere materie hebben aangetroffen. Ook de groten gaan nu om. Weer eens een gevalletje Kuhn, zoals zo vaak in de wetenschap.

Donkere materie
Het heelal is gevuld met mysterieus onzichtbaar spul dat niet met licht (of andere waarneembare elektromagnetische straling) reageert. Het zendt geen licht uit en reflecteert, absorbeert of weerkaatst het ook niet. Astronomen weten echter dat het bestaat door de zwaartekrachteffecten op de materie er om heen. Ze noemen het donkere materie.

Er is alleen een probleem. Als donkere materie bestaat, moet er heel veel van bestaan om de ontbrekende materie te verklaren: ongeveer 83 procent van alle massa in het heelal moet uit donkere materie bestaan, alleen de overige 17% is zichtbaar. Ook ons zonnestelsel zou vergeven moeten zijn van dit spul, maar waar deeltjesjagers ook kijken, ze vinden niets.

DAMA en CoGENT toonden beiden een merkwaardige jaarlijkse piek begin mei, precies als de aarde de meeste donkere materie opveegt.
DAMA en CoGENT toonden beiden een merkwaardige jaarlijkse piek begin mei, precies als de aarde de meeste donkere materie opveegt.

Donkere materie bestaat…
Dat wil zeggen: de meesten. De afgelopen jaren is één groep wetenschappers er van overtuigd dat ze er in zijn geslaagd om donkere materie te vinden. Ze hebben een klont van 250 kilogram natriumjodide (keukenzout, maar dan met jodium in plaats van chloor) met een spoor thallium, in een oude mijnschacht meer dan een kilometer onder de Italiaanse granietberg Gran Sasso opgesteld. Als een exotisch zwaar deeltje botst met een deeltje in dit kristal, ontstaat een foton en moeten de gevoelige lichtdetectoren in de buurt dat waarnemen.

Dit experiment heet DAMA/LIBRA en de resultaten ervan zijn controversieel. Terwijl deeltjes donkere materie fotonen kunnen genereren in het kristal, kunnen andere deeltjes dat ook. Het experiment pikt dus ook achtergrondstraling uit de berg, kosmische straling en thermische neutronen op, wat het experiment behoorlijk wat ruis verschaft.

De upgrade van het DAMA/LIBRA experiment in 2008 heeft zijn vruchten afgeworpen. Het bewijs dat het experiment donkere materie heeft waargenomen, wordt steeds onomstotelijker.
De upgrade van het DAMA/LIBRA experiment in 2008 heeft zijn vruchten afgeworpen. Het bewijs dat het experiment donkere materie heeft waargenomen, wordt steeds onomstotelijker.

Aarde veegt donkere materie op
Er is echter een manier om het donkere-materie signaal te scheiden van deze achtergrondruis. De zon draait immers om de melkwegkern heen in ongeveer 200 miljoen jaar. Omdat de aarde rond de zon draait, beweegt de aarde soms tegen de beweging van de zon om de melkwegkern in, zes maanden later (of eerder) beweegt de aarde juist met de zon mee. In het eerste geval zal de detector minder donkere materie ‘opvegen’, in het tweede geval juist meer. Er moet dus een jaarlijks ritme in de waarnemingen van de detector zitten.

Jaarlijkse variatie
Dit is exact wat de mensen van DAMA en LIBRA stellen waar te nemen. Het donkere-materie signaal is op zijn sterkst in mei en valt dan weg. Het gaat hier ook niet om een zwak signaal, maar een signaal dat statistisch gezien zo sterk is dat de kans dat de onderzoekers zich vergissen vrijwel uitgesloten is. Echter, weinig  natuurkundigen namen de resultaten van DAMA/LIBRA serieus (hoewel wij op Visionair dit wel deden – zeker gezien een andere opvallende ontdekking: de jaarlijkse periodiciteit van radioactief verval). Dit omdat andere detectors geen signaal waarnamen. Nu begint het ook meer mensen te dagen, omdat in de Amerikaanse detector CoGeNT in een zoutmijn in Minnesota vergelijkbaar bewijs is gevonden als dat in het DAMA/LIBRA experiment. Hun bewijs voor donkere materie is weliswaar statistisch niet zo sterk als dat van DAMA, maar  toont exact dezelfde geheimzinnige periodiciteit: een piek einde april-begin mei.

Steeds meer sceptici bekeerd
Dan Hooper van Fermi National Accelerator Laboratory en Chris Kelso van de University of Chicago hebben de data van CoGenT and DAMA/LIBRA geraadpleegd en zeggen dat ze overeenkomen met elkaar. “Als de detector piekt begin mei piekt, zou dat een modulatie betekenen die overeenkomt met die van de DAMA/LIBRA samenwerking. En de beweging van de aarde door de Melkweg. Een gang naar Canossa, gezien het scepticisme waarmee de DAMA/LIBRA mensen werden behandeld. maar hier stopt het bewijs allerminst. Hooper en Kelso zeggen ook dat het type donkere materie dat DAMA/LIBRA en CoGeNT hebben aangetoond, consistent is met andere indirect bewijs van donkere materie uit andere experimenten. Zo heeft de Fermi Gamma Ray Space Telescope een gammaspectrum (energieverdeling van gammastraling) waargenomen dat overeenstemt met het type donkere materie dat DAMA postuleert. De WMAP satelliet heeft ook een lichtgloed waargenomen, uitgezonden door elektronen in de buurt van het hart van de Melkweg.

En er komt nog meer bewijs. Ook het samenwerkingsverband CRESST meldt dat er “sterke aanwijzingen zijn dat er een  CoGeNT-achtig donkere-materiedeeltje bestaat”. DAMA/LIBRA noemen was klaarblijkelijk wat te beladen. In enkele maanden is het donkere-materie wereldje radicaal omgeslagen. Na jaren ontbreken van waarnemingen (m.u.v. DAMA/LIBRA), is er nu een lawine van data. Kortom: weer een gevalletje paradigma-shift à la Kuhn. De wetenschappelijke wereld vertoont toch opmerkelijk veel kuddegedrag. Waarschijnlijk zullen de geplaagde wetenschappers onder de Gran Sasso nu een welverdiende fles chianti opentrekken en gaan genieten van hun uiteindelijke triomf.

Bronnen
1. The Dark Matter Data Bonanza, Arxiv Blog, MIT Technology Review
2. Dan Hooper en Chris Kelso, Implications of CoGeNT’s New Results For Dark Matter, Arxiv (2010)
3. DAMA/LIBRA experiment

 

H6+ ziet er ongever zo uit: als een gedraaide kluif van zes waterstofatomen, waaraan een elektron ontbreekt.

Waterstofijs verklaring raadselachtige IR-gloed en donkere materie?

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 18 mei 2011

Waterstofijs is vrijwel onzichtbaar met radiotelescopen. Een ideale kandidaat voor donkere materie dus, zou je zeggen. Tot voor kort werd door astronomen aangenomen dat waterstofijs niet de donkere materie kan verklaren, omdat waterstofijs zelfs bij de zeer lage temperaturen in de interstellaire ruimte sublimeert (van vaste stof in gasvorm overgaat). Nu zijn ze daar niet meer zo zeker van: bepaalde onzuiverheden kunnen de atomen voldoende stabiel bij elkaar houden. Hebben we eindelijk de dader te pakken?

Vast waterstofijs is doorzichtig

H6+ ziet er ongever zo uit: als een gedraaide kluif van zes waterstofatomen, waaraan een elektron ontbreekt.
H6+ ziet er ongever zo uit: als een gedraaide kluif van zes waterstofatomen, waaraan een elektron ontbreekt.

Vaste waterstof is naar aardse begrippen een opmerkelijke stof. Het weegt bijvoorbeeld per liter slechts vijftig gram. Bij zeer hoge druk krijgt het metaaleigenschappen, de reden voor het extreem sterke magneetveld van de gasreus Jupiter. Vaste waterstof is in principe een kandidaat om donkere materie te verklaren. Astronomen weten al lang dat een groot deel van het heelal is gevuld met diffuse waterstof. In feite, kunnen ze geïoniseerd waterstofgas zien door de elektromagnetische golven dat het afgeeft.

In de jaren zestig suggereerden sommige astronomen dat het interstellaire medium ook zou kunnen zijn gevuld met vast waterstofijs. Diverse anderen wezen er later op dat dit onwaarschijnlijk was, omdat het ijs zou moeten sublimeren, zelfs in de extreme kou van de interstellaire ruimte. Kort geleden hebben sterrenkundigen toch dit idee heroverwogen en steeds meer wetenschappers beginnen te geloven in waterstofijs. Dat komt omdat chemici hebben ontdekt dat waterstofijs stabieler is als dit verontreinigingen bevat. De extra ionen in het rooster helpen om H2 ijs te stabiliseren.

Dat roept een interessante vraag op. Waterstofijs is min of meer doorzichtig op optische frequenties. Dus hoe kunnen we het detecteren in de ruimte?

‘H6+-ionen verklaren mysterieuze straling’
Ching Lin Yeh aan de Australian National University in Canberra en een paar collega’s doen een interessante suggestie. Ze zeggen dat wanneer fotonen waterstofijs treffen, ze geïoniseerd waterstof creëren en met name clusters van H6+ in het leven roepen. Dit complexe ioncluster van zes protonen en vijf elektronen wordt niet in waterstofgas gevormd, zodat de aanwezigheid ervan is een goede marker is voor waterstofijs. Bestaat H6+, dan bestaat er waterstofijs.

Het probleem is dat niemand weet hoe H6+ zich gedraagt – dit onderzoek is nog niet uitgevoerd in het lab. Dus Ching Lin Yeh en de zijnen hebben, uitgaande van de kwantummechanische beschrijving van het hypothetische H6+-ion, de vibrationele overgangen van het ion berekend. Hun conclusie is dat H6+ (en haar gedeutereerde neefje (HD)3+) verschillende infraroodemissies moet produceren.

Vervolgens vergelijken ze hun voorspellingen met daadwerkelijk door astronomen waargenomen frequenties. Het blijkt dat de interstellaire ruimte flauw gloeit: een complex mengsel van frequenties. Deze emissies zijn de zogenaamde diffuse interstellaire banden of DIBs en hun herkomst is al lang een raadsel voor astronomen. Ching Lin Yeh en zijn medeauteurs stellen dat de voorspelde emissies van H6+ nauw overeenkomen met die astronomen kunnen zien. “Wij concluderen dat het goed mogelijk is dat vaste H2 overvloedig aanwezig is in het interstellaire medium,” zeggen ze.

Eenvoudige verklaring: geen exotische chemische stoffen nodig
Dit is uiterst interessant. Waterstof moet een belangrijk onderdeel zijn van het interstellaire medium, maar astronomen weten dat gasvormige waterstof niet de waargenomen straling kan produceren. De in het nauw gedreven astronomen probeerden de straling te verklaren met behulp van allerlei soorten meer complexe moleculen, zelfs grote organische moleculen, zoals aminozuren en polycyclische aromatische koolwaterstoffen, de bouwstenen van het leven.

Er zijn duidelijke aanwijzingen dat deze moleculen aanwezig zijn in sommige dichte wolken (geproduceerd door supernova’s), maar het gaat uiterst ver, te beweren dat ze zijn verspreid over het hele interstellaire ruimte. Dat zou namelijk betekenen dat er tijdens of vlak na de Big Bang enorme hoeveelheden van deze stoffen zijn geproduceerd – wat in strijd is met zo ongeveer alle serieuze kosmologische modellen. Theoretisch gesproken is H6+ dus een godsend. Iemand moet H6+ van massief waterstof maken en nauwkeurig het stralingsgedrag in deep space meten. Lukt dat, dan zou dat een aantal theoretici van een uiterst vervelend probleem afhelpen. Geen gemakkelijke experiment, dat is zeker, maar beslist mogelijk met de huidige technologie.

Als donkere materie inderdaad uit vast waterstofijs bestaat, worden Bussard ramjets een aantrekkelijke keus voor interstellaire rumtereizen.
Als donkere materie inderdaad uit vast waterstofijs bestaat, worden Bussard ramjets een aantrekkelijke keus voor interstellaire ruimtereizen.

Gevolgen van grote hoeveelheden vast waterstofijs in de ruimte
Reizen met snelheden in de buurt van het licht worden aan de ene kant erg lastig, omdat brokjes botsende materie bij relativistische snelheden even explosief is als antimaterie. Zelfs een klein brokje waterstofijs heeft dan al verwoestende effecten.

Wellicht kan een ramjetdesign, zoals van Bussard, hierbij helpen. Het magnetische schepveld kan dan de geladen ijsdeeltjes invangen en laten fuseren, waardoor toch het sterrenschip wordt beschermd en tegelijkertijd brandstof uit het interstellaire medium wordt geschept.

Aan de andere kant zou dit materiaal als hulpbron kunnen worden ingezet met (naar moderne begrippen) haalbare technologie. Je kan je voorstellen dat enorme hoeveelheden vast waterstofijs worden samengebracht als brandstof voor  kernfusiecentrales of om nieuwe sterren mee te scheppen.

Bron:
Ching Lin Yeh et al., Interstellar Solid Hydrogen, arxiv.org

Donkere materie. Waar is het grootste deel van de massa gebleven?

Missende en donkere materie eindelijk verklaard?

3 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 27 april 2011

Al decennia breken astronomen zich het hoofd over een hardnekkig raadsel: hoe komt het dat het binnenste van melkwegstelsels veel langzamer draait dan verwacht? De hiervoor verantwoordelijk geachte donkere materie blijft spoorloos. Tot nu toe…

Het raadsel van de missende atomen

Ongeveer een miljard jaar na de Big Bang leken er veel meer atomen te zijn dan nu. Dat weten we door de straling die deze atomen uitzenden en die waargenomen kan worden door radiotelescopen zoals die in Westerbork. Nu ontbreekt deze straling goeddeels. Ongeveer de helft van alle materie van vlak na de Big Bang ‘ontbreekt’. Let wel: normale (baryonische) materie, het bekende spul met protonen, neutronen en elektronen dus. Daarbij komt nog het raadsel van de donkere materie. Nu duikt echter steeds meer en meer bewijs op dat deze missende atomen voor een deel wolken ultrakoud gas vormen (en als zodanig onzichtbaar voor radiotelescopen zijn).

Van de bekende materie bevindt zich negentig procent in sterren (en een fractie van een procent in planeten en overige hemellichamen). De overige tien procent vormt de galactische gasvoorraad, het interstellaire gas in de melkwegstelsels. Dit is overigens zeer dun, enkele honderden atomen per kubieke meter. Dunner dan het beste vacuüm dat we op aarde kunnen bereiken. Er is ook het intergalactische gas (het gas tussen melkwegstelsels) wat nog veel dunner is, slechts enkele atomen of minder per kubieke meter. Aldus het beeld dat astronomen tot nu toe hadden.

Koude waterstofwolken

Echter: waterstof kan een verdwijntruc uitvoeren. Als waterstofatomen recombineren tot waterstofmoleculen, worden ze veel moeilijker waar te nemen omdat ze vrijwel geen straling uitzenden bij temperaturen vlak bij het absolute nulpunt zijn. Deze koude moleculaire wolken waterstof zouden wel eens een groot deel van de missende materie kunnen verklaren. Koolmonoxide wordt echter onder vrijwel vergelijkbare omstandigheden, is wel zichtbaar en kan dus als spoor dienen om de koude waterstofwolken op te sporen. Tot vrij recent  was dit de enige manier om koude waterstof waar te nemen.

Merkwaardige gammabronnen

Donkere materie. Waar is het grootste deel van de massa gebleven?
Donkere materie. Waar is het grootste deel van de massa gebleven?

Het melkwegstelsel is bezaaid met onverklaarbare bronnen gammastraling, ontdekte NASA’s Compton Gamma Ray Observatory. Opmerkelijk was dat deze bronnen constant zijn en niet, zoals gammaflitsen, snel uitdoven. Pas toen deze kaarten werden samengevoegd met de kaarten van infraroodsatellieten (waarmee stofrijke gebieden opduiken) en CO-rijke gebieden, werd duidelijk dat deze met elkaar samenhingen. De theorie van het team is dat energierijke kosmische straling stofdeeltjes raakt en vervolgens gammastraling uitzenden.

Om dergelijke grote hoeveelheden stof en koolmonoxide te verklaren moeten er volgens de onderzoekers enorme voorraden koud moleculair waterstof op die plekken zijn. Ze veronderstellen ook dat er tussen het ‘warme’ interstellaire medium en de ‘koude’ gebieden met CO en stofdeeltjes nog een onzichtbare overgangszone ligt, waar de waterstof onzichtbaar wordt, maar zich nog onvoldoende CO gevormd heeft om zichtbaar te worden. De grootte van de wolken wordt op die manier meer dan verdubbeld. Voldoende om een aantal geliefde theorieën over stervorming en -evolutie grondig in de war te schoppen.

Verklaring donkere materie?

Volgens één astronoom, de Zwitser Daniël Pfenniger, zijn ultrakoude wolken de verklaring voor de geheimzinnige donkere materie. De verdeling van de wolken over de Melkweg komt volgens hem namelijk precies overeen met wat we zouden verwachten van de zwaartekrachtseffecten die we waarnemen van donkere materie. Wel is de hoeveelheid die tot nu toe is ontdekt nog veel te klein om zelfs maar de ontbrekende Big Bang materie te verklaren, laat staan donkere materie. Het kan echter heel goed zo zijn dat we nog maar het topje van de ijsberg aan moleculair waterstof hebben ontdekt. De nieuwe samengestelde radiotelescoop ALMA in de Chileense Andes gaat zich hiermee bezig houden. Rond 2012 moeten we het antwoord op de vraag hebben of zich hier inderdaad de verborgen materie schuilhoudt.

Misschien is het intergalactische medium niet leeg, zoals tot nu toe gedacht. Er wordt door astronomen ook steeds meer gedacht dat melkwegstelsels als het ware accretieschijven zijn van de enorme zwarte gaten in hun centrum, die zich voortdurend voeden met het gas uit het intergalactische medium, WHIM. Als dat inderdaad zo is, is er overvloedig veel sterrenbrandstof aanwezig en zou ons melkwegstelsel wel eens veel langer in leven kunnen blijven dan tot nu toe gedacht…

Bronnen
New Scientist

De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?

Deeltjessatelliet gaat op jacht naar antimaterie en strange matter

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 16 april 2011

Bestaat de rest van het heelal wel uit protonen, neutronen en elektronen, het spul waar de aarde en wijzelf uit bestaan? Dat is verre van zeker, volgens veel natuurkundigen. NASA lanceert nu de satelliet Alpha Magnetic Spectrometer om op zoek te gaan naar zaken als ‘strange’ materie, antimaterie en donkere materie.

De AMS kende een droevige geschiedenis. Het apparaat zou aan boord van de Space Shuttle worden gelanceerd en op het internationale ruimtestation ISS worden geïnstalleerd om daar op jacht te gaan naar deeltjes. Helaas werd na de ramp met het ruimteveer Columbia in 2003 deze vlucht afgelast, waardoor  de satelliet enkele jaren in een werkplaats dreigde te verstoffen. Nu hebben enkele ontdekkingen en recente theoretische ontwikkelingen alsnog goede redenen gegeven de satelliet alsnog te lanceren.

De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?
De deeltjesdetector AMS komt aan de buitenkant van het ruimtestation ISS te hangen. Wordt donkere materie ontraadseld?

Antimaterie
Materie kent een spiegelbeeldvariant: antimaterie. Als materie en antimaterie elkaar raken, vernietigen ze elkaar in een felle explosie. Een gram antimaterie staat gelijk aaan de explosieve kracht van de Hiroshima-bom.Volgens de gangbare theorieën is alle antimaterie vernietigd vlak na de Big Bang en bleef er een klein restje materie over waaruit zich sterren en planeten zoals de aarde vormden.
Volgens sommigen zijn er ergens in het heelal nog grote hoeveelheden antimaterie. In het zonnestelsel in ieder geval gelukkig niet, anders hadden we geregeld een grote explosie waargenomen. De AMS gaat op zoek naar deeltjes antihelium. Worden die waargenomen, dan weten we dat er ergens out there grote hoeveelheden antimaterie moeten bestaan. Ongetwijfeld kan daar weer een leuk doomsday wapen van gebrouwen worden. Met een lucifersdoosje een complete stad kunnen opblazen, is voor de gemiddelde generaal waarschijnlijk een onweerstaanbaar vooruitzicht.

Strange matter
Protonen en neutronen, de kerndeeltjes waar wij (met elektronen) uit bestaan, zijn uit twee soorten quarks opgebouwd: up en down (een positief proton is met twee upquarks en een downquark vrolijker dan een neutraal neutron, dat uit twee downquarks en een upquark bestaat). Er zijn echter (voor zover we weten) zes quarks, naast de up- en downquark zijn dat de veel zwaardere ‘strange’  en ‘charm’ quarks, de tweede generatie en de derde generatie, de extreem zware top quark en bottom quark. Deze zware quarks vallen zeer snel uit elkaar. En, uiteraard, heeft elke quark ook zijn antiquark.

Volgens een theorie van de Deen Jes Madsen van de Aarhus Universiteit in Denemarken bestaat er ‘strange’ materie: druppels materie dus waar ‘strange’ quarks in voorkomen en is deze stabieler dan onze standaard materie.  Klopt dit, dan zouden we uiteindelijk op ‘vreemde’ wijze eindigen en bestaan bijvoorbeeld neutronensterren voornamelijk uit strange materie. Inderdaad werden door een prototype deeltjesdetector aan boord van de Space Shuttle in 1998 vreemde deeltjes waargenomen met de lading van een heliumkern (twee eenheden positief dus) maar de massa van een zuurstofkern of ijzerkern. Precies de deeltjeseigenschappen die strange matter ook zou vertonen, stelt Jensen. Strange matter kan ook de aanwezigheid van donkere materie verklaren, vermoedt hij.

Neutralino’s
Uit de vruchtbare geest van theoretisch natuurkundigen is ook een andere kandidaat voor donkere materie ontsproten: het neutralino. Neutralino’s worden voorspeld door supersymmetrie (en dus snaartheorie) en zijn (als ze bestaan) Majoranadeeltjes: deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn.  Het gevolg: als twee neutralino’s elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar, waarbij een elektron en een positron (antimaterie-elektron) vrijkomen.   Als deze twee elkaar vernietigen ontstaat gammastraling met een karakteristieke golflengte. De deeltjesdetector PAMELA, aan boord van een Russische satelliet, vond hier reeds aanwijzingen voor. Niet één positron op de tienduizend elektronen in kosmische straling, maar een op de honderd. Er moet dus een verborgen positronbron zijn. Dit zouden neutralino’s kunnen zijn, maar merkwaardig genoeg bleken antiprotonen wel uiterst zeldzaam (1:10.000), wat hiermee in strijd is. Ook hiernaar moet de deeltjesdetector op jacht gaan.

Het kan zijn dat PAMELA de antiprotonen niet detecteerde omdat ze teveel energie hebben. Een sterkere magneet (zoals aan boord van AMS) laat geladen deeltjes kleinere cirkels draaien, waardoor ook energierijke deeltjes kunnen worden gedetecteerd. Helaas zijn de plannen om een supergeleidende, met helium gekoelde magneet aan boord te krijgen niet gelukt. Het heliumverbruik bleek door warmtelekken te groot. Een langere missieduur moet dit nu compenseren. Mogelijk kunnen zo de eventuelee snelle antiprotonen – of andere, nog vreemdere deeltjes – alsnog worden gedetecteerd en weten we eindelijk waar donkere materie uit bestaat.

Bron
New Scientist
AMS-02

Schematische voorstelling van het enorme xenonvat onder de Gran Sasso.

Donkere materie niet aangetoond in gevoelige detector

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door / 15 april 2011

Helaas. Honderd dagen lang meten in een vat met meer dan zestig kilogram vloeibaar xenon, een edelgas, diep begraven onder een Italiaanse berg heeft geen spoor opgeleverd van WIMP’s, de weakly interacting massive particles die er volgens donkere-materie modellen moeten zijn. Wat is er dan aan de hand?

Schematische voorstelling van het enorme xenonvat onder de Gran Sasso.
Schematische voorstelling van het enorme watervat onder de Gran Sasso dat de kosmische straling wegvangt. Hierbinnen bevindt zich het veel kleinere xenonvat.

Donkere materie is de meest logische verklaring voor het feit dat de buitenranden van melkwegstelsels veel sneller draaien dan volgens Newton of Einstein kan. Een ijle wolk donkere materie zou wel de materie in de verre spiralen aantrekken, maar niet die in het centrum waardoor ver weg gelegen sterren sneller draaien.

Als donkere materie bestaat, dan moet deze veel vreemder van aard zijn dan tot nu toe gedacht. Anders waren de deeltjes wel opgedoken tijdens het detectie-experiment, veertienhonderd meter onder de granietberg Gran Sasso, waar onder andere het Nederlandse instituut NIKHEF aan meewerkt. Naar nu blijkt, zijn slechts drie soorten deeltjes aangetroffen die alle drie overeenkomen met bekende deeltjes. Een stevige teleurstelling voor donkere-materie aficionado’s, maar misschien gaat er achter deze teleurstelling nog veel interessantere natuurkunde schuil. Iets moet namelijk zorgen voor de merkwaardige zwaartekrachtseffecten. Kloppen onze zwaartekrachtstheorieën niet op zeer grote schaal, of is er een andere vorm van donkere materie? Merkwaardig is namelijk dat elliptische melkwegstelsels, die het product zijn van grote botsingen, nauwelijks donkere materie blijken te bevatten.

Een mogelijkheid die overblijft is dat de donkere materie bestaat uit zogenaamde steriele neutrino’s. Neutrino’s kunnen nog via de zwakke kernkracht reageren met andere materie – de reden dat we ze waar kunnen nemen, zij het zeer zwak. Steriele neutrino’s kunnen – als ze bestaan – alleen via de zwaartekracht reageren op andere materie. Ook kan donkere materie bestaan uit een heel andere klasse deeltjes (met een andere energieverdeling) dan waar we nu aan denken. Het is ook mogelijk dat donkere materie iets te maken heeft met bolvormige sterhopen (bijvoorbeeld via een gemeenschappelijke oorzaak). Die hebben in grote lijnen dezelfde verdeling als donkere materie (al bewegen de sterren in bolvormige sterhopen zich niet abnormaal snel). Tot slot kan het natuurlijk zo zijn dat de WIMP’s domweg minder goed reageren met andere materie dan voorspeld. De modellen bieden nog de nodige rek.

Bronnen
New Scientist
Arxiv

Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.

‘Donkere materie maakt leven mogelijk in centrum Melkweg’

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 31 maart 2011

Volgens astronomische waarnemingen bevat het Melkwegstelsel, net als de meeste andere melkwegstelsels, veel meer donkere materie dan zichtbare (baryonische) materie. In het centrum van de melkweg is veel meer donkere materie dan verder weg. Zou deze donkere materie voldoende dicht zijn om een zwerfplaneet op te warmen?

Donkere materie
Het buitenste deel van melkwegstelsels draait veel sneller dan de rest van het stelsel. Daar zijn verschillende verklaringen voor te verzinnen, maar op dit moment is onder astronomen vooral donkere materie populair: een onzichtbare vorm van materie die dwars door normale materie heen kan vliegen en waar we alleen wat van merken door de zwaartekrachtseffecten.

Er zijn al uitgebreide kaarten samengesteld van de verdeling van donkere materie in onder andere ons eigen melkwegstelsel.

Donkere materie als energiebron
Interessant is, blijkt uit sommige modellen, dat donkere materie planeten sterk kan verhitten.

Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.
Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.

Het idee is dat heel af en toe een donkere-materie deeltje in wisselwerking treedt met normale materie. Hier op aarde leven we in de buitenwijken van de Melkweg en is er nauwelijks donkere materie. Het effect hier is dus beperkt, schatten de auteurs: 1 megawatt, volkomen verwaarloosbaar met de honderd miljard megawatt die de zon instraalt.

In het centrum van de Melkweg, vooral in superaardes op minder dan enkele tientallen lichtjaren afstand van  het (vermoedelijke) zwarte gat Sagittarius A*, waar de concentratie donkere materie tientallen miljoenen malen hoger is dan hier, zou dit effect wel sterk merkbaar zijn. In extreme gevallen kan deze verhitting zelfs groter zijn dan de hoeveelheid energie die een planeet als de aarde van de zon krijgt. Klopt dit, dan zouden levensvormen die op een dergelijke planeet leven, geen behoefte hebben aan een ster maar hun energie kunnen aftappen uit het gloeiend hete binnenste van de planeet. Een zwerfplaneet met een eigen energiecentrale dus. Dit zou het mogelijke domein voor leven enorm uitbreiden. Een dergelijke planeet zou mogelijk bedekt zijn met een dikke ijslaag, maar een gloeiend heet binnenste hebben. Enorme wormen zouden zich kunnen voeden met de bacteriën die leven van de voortdurende uitstoot van roodgloeiende vulkanische bronnen, zoals hier op aarde in de diepzee.

Overleven op donkere materie
De bedenkers van deze theorie, de deeltjesfysici Dan Hooper and Jason Steffen van Fermilab in Batavia, Illinois, gaan nog veel verder. In de heel verre toekomst, duizenden miljarden jaren na nu, zijn alle sterren uitgebrand. Levensvormen die het tot dan toe uit hebben gehouden, zouden kunnen leven van de zwakke gloed die de  vernietiging van donkere materie oplevert. Vergevorderde beschavingen zouden het nbog heel lang kunnen volhouden door deze zwakke warmte te oogsten. Omgekeerd kan deze enorme hitte ook planeten in het centrum van de Melkweg onleefbaar maken. Collega’s van Hooper en Steffen noemen de ideeën interessant en creatief, maar denken dat het lastig is om deze effecten aan te tonen. Sagittarius A* ligt immers op zo’n 25 000 lichtjaar van ons vandaan. Objecten ter grootte van een planeet vinden op deze afstand is met de huidige technologie onmogelijk. Mogelijk kan wel worden gecontroleerd of objecten als bruine dwergen of dwergsterren ander astrofysisch gedrag vertonen omdat hun energiebudget verschilt.

Bronnen
New Scientist
Arxiv.org