Mogelijke sporen van donkere materie ontdekt in ISS

Share Button

In de Alpha Magnetic Spectrometer, een 2 miljard dollar kostende detector van kosmische deeltjes aan boord van het internationale ruimtestation ISS, is een zeer hoog aantal positronen waargenomen. Volgens veel donkere-materieonderzoekers een sterke aanwijzing dat donkere materie inderdaad bestaat. Toch houden ze nog een slag om de arm.

Wat is donkere materie?
Volgens de op dit moment populaire kosmologische modellen moet het bestaan: donkere materie. Donkere materie, die volgens die modellen viervijfde van alle massa in het heelal uitmaakt, is alleen waar te nemen door de zwaartekrachtseffecten en -afhankelijk van het type deeltje dat verantwoordelijk is voor donkere materie- bepaalde vervalproducten. Het probleem met donkere materie is dat het uiterst lastig aan is te tonen. De deeltjes die verantwoordelijk zijn voor donkere materie – of het nu gaat om axionen, steriele neutrino’s of supersymmetrische deeltjes, om maar enkele kandidaten te noemen, alle hebben ze met elkaar gemeen dat ze niet of nauwelijks in staat zijn om met waarneembare materie in wisselwerking te treden.

Onverklaarbare overvloed aan positronen
De AMS vangt geladen kosmische deeltjes op met behulp van een krachtige magneet. Magnetische velden buigen bewegende elektrisch geladen deeltjes af en maken het zo mogelijk de snelheid en lading van de deeltjes vast te stellen. Tussen de lancering in 2011 en voorjaar 2013, samen 18 maanden, heeft het apparaat 6 800 000 elektronen en meer dan 400 000 positronen, de antideeltjes van elektronen, met hoge energie waargenomen in de kosmische straling. Deze hoeveelheid positronen is veel en veel hoger dan wat astrofysici hadden verwacht – antimaterie is erg zeldzaam omdat deze onmiddellijk wordt vernietigd in contact met materie, – en wijst erop dat we iets heel groots op het spoor zijn.

De AMS bevindt zich buiten het ISS, (ronde module links) zodat het ongestoord kosmische straling kan waarnemen. Bron: NASA

De AMS bevindt zich buiten het ISS, (ronde module links) zodat het ongestoord kosmische straling kan waarnemen. Bron: NASA

Pulsars of antimaterie?
Positronen komen gewoonlijk vrij bij zeer energierijke processen. Om uit het niets een elektron-positronpaar te scheppen, moet er een energie van 1,022 MeV worden toegevoerd – de energie die een elektron zou krijgen als deze door 1 022 000 volt potentiaalverschil loopt. Deze voltages komen bij onweer voor en er ontstaat daardoor ook enige antimaterie bij bliksemontladingen.

Op dit moment zijn er twee kandidaatverschijnselen die deze overmaat kunnen verklaren: pulsars en de annihilatie van donkere materiedeeltjes. Pulsars zijn zeer snel, tot honderden malen per seconde, rondtollende neutronensterren met een extreem krachtig magnetisch veld. Het snel rondtollende magnetische veld zweept elektronen sterk op, waardoor veel energie vrijkomt (we nemen deze waar als röntgenstraling). In principe is dit voldoende energie om positronen te laten ontstaan.

Een tweede mogelijkheid is dat bepaalde donkere-materiedeeltjes elkaar ontmoeten en annihileren. Dat kan, als het deeltje een Majorana-type deeltje is, m.a.w. zijn eigen antideeltje is. Hierbij komt zoveel energie vrij, dat er uit deze energie elektron-positron paren kunnen ontstaan.

De hoeveelheid gemeten positronen  door AMS bij hoge energie is veel en veel groter dan verwacht (grijze vlak). Bron: PRL

De hoeveelheid gemeten positronen door AMS bij hoge energie is veel en veel groter dan verwacht (grijze vlak). Bron: PRL

Hoe weten we wat de werkelijke bron is van deze positronen?
De meer dan 400.000 positronen hebben een bepaalde snelheidsverdeling, m.a.w. ze vormen een spectrum. Elke bron kent zijn eigen type spectrum. Als de positronen afkomstig zijn van pulsars, dan zal hun snelheid nooit de maximale zwiep die een pulsar mee kan geven, minus de vormingsenergie, overschrijden. Ook zijn de gemiddelde pulsarsnelheden van de pulsars in ons melkwegstelsel nauwkeurig bekend, waardoor astrofysici precies kunnen voorspellen hoeveel energie positronen in pulsars gemiddeld mee kunnen krijgen.
Zijn de positronen afkomstig van donkere materie, dan is hun snelheidsverdeling afhankelijk van de massa van de donkere-materiedeeltjes die elkaar vernietigen. Van diverse kandidaat-donkere-materie deeltjes is deze massa in grote lijnen bekend; het spectrum kan dus uitsluitsel geven om welk type donkere-materiedeeltje het gaat.

Aan de zeshonderd natuurkundigen onder leiding van Nobelprijswinnaar Samuel Ting, die de data van het apparaat analyseren, is nu de taak om uit te vinden welke bron verantwoordelijk is.  Dit kan ook een heel andere bron zijn waar we nu nog helemaal niet aan denken. Dit zou niet de eerste keer zijn in de geschiedenis van de wetenschap. Zo zijn er, naar het zich nu laat aanzien, enorme elektrische stromen op kosmische schaal actief. Ting denkt in de tweede helft van 2013 meer te kunnen zeggen.

Bron:
Viewpoint: Positrons galore, Physical Review Letters (2013)
M. Aguilar et al. (AMS Collaboration), “First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5–350 GeV,” Phys. Rev. Lett.110, 141102 (2013).

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

19 reacties

  1. Bemoeier schreef:

    Misschien wel van Saturnus, daar onweert het altijd veel en erg zwaar (heb ik wel eens gehoord).

  2. paul-r schreef:

    Toevallig las ik onze ochtendkrant, waar een klein berichtje omtrent dit onderwerp in stond en zou het verder uitpluizen, totdat ik zag dat Germen het al gepubliceerd had, scheelt weer werk. Heb het met interresse gelezen en moest gelijk denken aan het moment van de oerknal. Waar op dat moment een ongelooflijke hoeveelheid aan energie vrij kwam om het begin te maken van de vaste materie in het universum. Misschien is dit gegeven wel een voorbeeld van het ontstaan van alles ? We wachten het maar rustig af wat voor conclusies Ting en zijn medewerkers hieromtrent naar buiten brengen. Mvg Paul.
     

  3. prosument schreef:

    Is alweer een tijdje geleden dat ik me hier mee bezig hield, herinner me in dezelfde context de antimaterie. Vrij vertaald zouden we kwantumcorrelaties zijn ontkiemend vanuit een groot vat, bewustzijn identificeert zich met deze creaties. De technische fiche en de interpretatie daarover, de vraag naar de bron zelf vergt enige zelfreflectie, meen ik. 
     
    Volgens de natuurkunde bestaat er van elk soort elementair deeltje een antideeltje, waarvan een aantal fysische eigenschappen hetzelfde, maar andere eigenschappen (waaronder de elektrische lading) precies tegengesteld zijn. Materie die uit antideeltjes is opgebouwd, heet antimaterie. Als een deeltje met zijn antideeltje botst, annihileren ze elkaar en wordt hun massa omgezet in energie volgens de massa-energierelatie E = mc². (wikidinges)

    • e schreef:

      Quantummechanica bestaat niet. Dat is uit de hubble deepspacebeelden te concluderen alsmede een rits andere theorien en overtuigingen ook niet bestaan en met die beelden aangetoond werden.
       
      Alle gevolgideeen en theorien gebaseerd op quantummechanica zijn louter fantasie en hebben geen enkel relatie aan de natuur en realiteit gevonden.

  4. antares schreef:

    Ik denk dat donkere materie ontstaan is als gevolg van eenzelfde proces, dat energie omzette in materie. M.a.w. er kan in mijn eenvoudige intuïtieve beeld als leek, alleen materie ontstaan uit energie, als er donkere materie tegenover staat, als compensatie van het proces in wording. De annihilatie vervolgens, van materie, antimaterie, na de Big Bang, kan dan de schijnbare overvloed aan donkere materie mogelijk verklaren, als bijproduct van juist deze annihilatie. Mijn benadering is zeker geen wetenschappelijke benadering, maar zuiver een intuïtieve op basis van vrije associaties. 

    • antares schreef:

      Ik heb zojuist op Discovery een bijzonder interessante documentaire gezien, getiteld “Through the Wormhole” met Morgan Freeman. Om zijn inzicht hierin voor ons visueel te verduidelijken, nam een wetenschapper twee krantenpagina’s, met in het midden twee magneten op elkaar. De bladen waren zo verbonden, met als knooppunt het stel magneten. Hij stelde dat dit knooppunt een zwart gat voorstelde, de twee pagina’s, twee parallelle universa, waarvan één de onze. In zijn concept trekt de oneindige zwaartekracht van zwarte gaten de membranen van parallelle universa puntsgewijze bij elkaar. De membranen zelf manifesteren zich (nog) niet voor ons waarneembaar, interactie met materie in ons universum heeft echter wel zwaartekrachts invloeden. Dit concept, zo stelde hij, kon de donkere materie in ons universum verklaren. In aansluiting hierop, vertelde een andere wetenschapper zijn aanvullende visie met betrekking tot zwarte gaten. Zwarte gaten worden in zijn concept voorgesteld, als aan de ene kant een middels zwaartekracht oneindige poort, waarvan aan het andere einde een wit gat ontstaat. Ons universum ontstond tijdens de Big Bang dan uit een wit gat, dat in het andere universum als een zwart gat begon. Dit concept herhaalt zich dan eindeloos cyclisch over en weer, het multiversum principe dus.        

  5. prosument schreef:

    Germen, je wil beslist laten weten of m’n bijdrage hier storend dan wel aanvullend is op wat je wenst bespreekbaar te stellen, ik weet het niet goed maar voel me meer aangetrokken tot de inuïtieve benadering van Antares. Binnen de context van materie en antimaterie stel ik me steeds de vraag of onze psyche, geest, bewustzijn (of welke term dan ook) ook als materieel gezien kan worden? Anders gezegd, onze intuïtie maakt dat we zoeken naar de bron van waaruit materie ontstaat. We kunnen mi dan een onderscheid maken tussen (1) hoe dit alles werkt en (2) de vraag wat die bron is, naargelang keuze of interesse zal het debat een andere wending nemen, doch onlosmakelijk verbonden met elkaar, zo meen ik. Anecdote, ooit vroeg ik in een pittazaak wat er aan de andere is van een zwart gat, de lieftallige serveuze zei me ‘aha, heel veel licht’. De pitta heeft me gesmaakt.   

    • antares schreef:

      Prosument, de bron van jouw probleem is communicatie. De boodschap komt niet over als de tekst niet begrepen wordt, of aan de lopende band teveel moeite kost. Voorbeeld; Schrijf lulletje rozewater i.p.v. penis aqua roza. Natuurlijk hartelijk bedankt voor het compliment, maar ik voel daarin mij haast vergeleken met Rupert Sheldrake. Bedenk daarnaast, dat het ook voor bijzonder intelligente mensen als Germen, veel aangenamer is om niet steeds de hele reeks aan mogelijke interpretaties te moeten afgaan, die jouw woordgebruik vereist. Schrijf wat jij denkt zo, dat ook een kind begrijpt wat je bedoelt. Een ander voorbeeld; Ik versta fatsoenlijk Engels en Duits, maar de intonaties komen bij mij anders over dan die in het Nederlands. Ik discrimineer die talen niet, maar neem bewust de moeite ook niet om mij alle nuances in vreemde talen eigen te maken. Ben Nederlander, spreek mij in Nederland in het Nederlands aan. Een ander voorbeeld; Ik kom uit een familie van geletterden, drukkers. Taalkundigen dus, maar met een zekere houding naar filosofen. Zowel mijn vader als zijn vader, sprak van vormen van indoctrinatie in dit verband. Voeg je eigen waarheids bevinden naar eer en geweten toe aan dit bestaan, denk niet automatisch wat men voorschrijft vanuit het wereldbeeld van een ander. Zo ook de bewoording die je geeft aan teksten die je schrijft. Doe het zo dat iedereen jouw teksten begrijpt. Dan krijg je veel meer mensen achter je, of tegen je, omdat ze begrijpen wat jij wil zeggen, met voor iedereen verstaanbare argumenten. Verder moet je veel minder respect tonen voor intelligentie, wat dat is geen garantie voor een juist inzicht.

  6. e schreef:

    Logic Insists dark matter does NOT exist. Taking that bigbangtheory THEN darkmatterforces WOULD have been strongest at the more condensed start and for that have their biggest accelerating force back then. And would decline in time and BY THAT their accelerating influence.What possibly then even would have been seen as a dé-celleration regarding gravityforces.
     
    So I Do Think darkmatter does Not exist as a big bang universe as the hubbleconstante as quantummechanics as einstein as timespacecoupling as timegravitycoupling as gravitylenses as higgsbosons as higgsfields do Not exist As I Think higgsbosons are Not involved in gravity or in the weak force or decay.
     
    Also as I Said below already darkmatter and Matter would drive eachother out and would each create pulled together force islands that would have produced multiple random flightdirections by force assymetry for Masses in the Universe.

    • Elrandy schreef:

      The shadows of matter surrounding de source(s) of lightness…..
       
      Is the lightflow a form of matter or a form of antimatter?

    • e schreef:

      Sja dit comment   e 18:40  en bovenstaande ook vind ik tóch beste intellectuele uitdagingen van niet gering gehalte en Ik Mis dan ook de Reacties Dialoog Communicatie hier. Jammer. Het IS Opvallend dat met ALLE Kritiek al die supergeleerden er dan niet zó zijn. Zeker wat beters te doen? Zoals fabeltjes uit die dure duimen zuigen of hun staatdus en te dure auto géén krasje krijgt? Of het dé boekverkoop zou drukken? Science is no More. Wie Komt er Naar de Begravenis?

      • prosument schreef:

        Zo komt het over, wetenschap is het vorsen naar wetenschap en lijkt volgens haar eigen definitie uit te sluiten wat men stelt te willen vinden. Met sprekend gemak kunnen we een reeks elementen oplijsten die volgens wetenschap (nog) niet bestaan, ontkennen dat ze bestaan een hachelijke zaak.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger