De zonnevlam van vijf december 2006 was buitengewoon fel en spectaculair.

Donkere materie en zonnevlammen

Het was een van de ontdekkingen die in 2010 natuurkundigen flink hoofdpijn bezorgden. Efraim Fischbach, onderzoeker aan Purdue Universiteit ontdekte op toevallige wijze iets wat tot nu toe door natuurkundigen als ketterij werd beschouwd: de radioactieve vervalsnelheid is niet altijd constant.

Uit onderzoek blijkt namelijk dat bepaalde radioactieve isotopen (silicium-32 en radium-226, het getal achter het streepje geeft het totale aantal kerndeeltjes aan)  in de winter tienden van procenten sneller uit elkaar vallen dan in de zomer, m.a.w. hun halfwaardetijd in de winter is korter dan in de zomer. Fischbach verklaart dat uit de kleinere afstand tot de zon in de noordelijke winter (147 miljoen kilometer vergeleken met 152 in de noordelijke zomer waardoor naar schatting 3% meer zonneneutrino’s de aarde raken in januari dan in juli).

Volgens de bestaande natuurkundige theorieën beïnvloeden neutrino’s de genoemde reacties niet. Alleen de kans dat een atoomkern uit elkaar valt is bekend. Dit wordt de halfwaardetijd genoemd: de tijd waarin de helft van de atoomkernen uit elkaar gevallen is. Na twee keer de halfwaardetijd is driekwart uit elkaar gevallen enzovoort. Van zeer radioactieve stoffen is de halfwaardetijd een fractie van een seconde, van de vrij stabiele isotopen uranium-238 en thorium-232 bedraagt deze miljarden jaren.

Zonnevlammen na dalen radioactiviteit
Dertien december 2006 werd een tweede aanwijzing gevonden toen de vervalsnelheid van de kortlevende isotoop mangaan-54 anderhalve dag voor het begin van een zonnevlam tot tijdens de zonnevlam, met tienden van procenten daalde. Het effect bleek onafhankelijk van de stand van de zon.

De zonnevlam van vijf december 2006 was buitengewoon fel en spectaculair.
De zonnevlam van vijf december 2006 was buitengewoon fel en spectaculair.

Een kilometer onder de Italiaanse granietberg Gran Sasso vindt het donkere-materie detectie-experiment DAMA plaats. In honderd kilo natrium-titaanjodide, een zout, wordt het aantal radioactieve reacties gemeten. Hier bleek in januari het aantal radioactieve reacties lager te liggen dan in juni. Wat zorgt er voor dat de hoeveelheid radioactieve reacties in de zomer hoger is dan in de winter?

Donkere materie
Volgens de meeste astronomen hangt er een onzichtbare halo donkere materie rond het melkwegstelsel. Deze halo bevat veel meer massa dan de zichtbare materie en verklaart waarom sterren vlak bij het galactisch centrum nauwelijks sneller ronddraaien dan sterren verder van het centrum.

De zon draait in ongeveer 225-250 miljoen jaar rond de kern van de melkweg. Op dit moment beweegt de zon met 220 km/s  in de richting van de ster Wega in het sterrenbeeld Hercules. De omloopbaan van de aarde maakt een hoek van rond de zestig graden met de omloopbaan van de zon rond de melkweg. In juni beweegt de aarde het meest in de richting van Wega en veegt dan de meeste donkere materie op. In januari beweegt de aarde juist het meest tegen de beweging van de zon in waardoor minder donkere materie wordt geschept.

Vermindert donkere materie bepaalde vormen van radioactiviteit?
Het is niet logisch dat een kortere afstand tot de zon leidt tot een verhoogde radioactiviteit. Dit is ook ontkracht door metingen aan de plutoniumreactor aan boord van de ruimtesonde Cassini die nu Saturnus fotografeert: de radioactiviteit bleek niet verminderd ook op grote afstand van de zon. De correlatie met DAMA spreekt echter een heel andere taal. Toevallig stemmen de punten waarop de aarde maximaal tegen de galactische draairichting in beweegt en de zon het dichtst nadert, redelijk nauwkeurig overeen.

Volgens sommige modellen is donkere materie oneffen verdeeld. Het is mogelijk dat een zeer snel bewegende wolk donkere materie van enkele  astronomische eenheden groot zorgde voor zowel magnetische explosies op de zon (door thermonucleaire reacties in de fotosfeer te verstoren) als een vermindering van de radioactiviteit op aarde.

17 gedachten over “Donkere materie en zonnevlammen”

  1. Toen ik gisteren dit artikel las zag ik een verband tussen enkele opmerkelijke zaken en in de hoop dat 1 van jullie er zelf achter zouden komen heb ik gewoon een dagje gewacht met het schrijven van een reactie. De reactie die ik nu ga schrijven is oersaai maar het einde is vrij spectaculair (hoop ik dan).

    Wat is koolstofdatering?

    C14-datering is een methode van radiometrische datering waarmee de ouderdom van organisch materiaal en ecofacten wordt bepaald met behulp van de isotoop koolstof-14. Koolstof-14 (14C) is een isotoop van koolstof die in onze atmosfeer uit stikstofkernen gevormd wordt. Dit gebeurt door kernreacties ten gevolge van de kosmische straling waaraan de aarde voortdurend blootstaat.

    De methode is bruikbaar voor materialen tot circa 60.000 jaar oud. De techniek werd in 1949 ontdekt door Willard Frank Libby en zijn collega’s van de Universiteit van Chicago[1]. In 1960 ontving Libby hiervoor de Nobelprijs in de scheikunde.

    Zodra een organisme sterft, houdt de uitwisseling van koolstofbevattende verbindingen op, en neemt het gehalte aan 14C dus (zeer langzaam, conform de halveringstijd) af.

    De oorsprong van kosmische straling.

    De oorsprong van de kosmische straling is slechts ten dele bekend. Laag-energetische deeltjes komen van de zon (de zonnewind) en van sterren uit ons melkwegstelsel. Deeltjes met energieën tot ongeveer 1016 eV zijn afkomstig van supernova’s, zoals de uitbarsting die leidde tot de Krabnevel. Deeltjes met nog meer energie kunnen aan galactische magneetvelden ontsnappen en hebben waarschijnlijk een extragalactische oorsprong. Hierbij wordt gedacht aan Gamma-Ray Bursts (GRB), aan actieve kernen van verweg gelegen sterrenstelsels, en aan andere verschijnselen die met zeer energetische plasmajets gepaard gaan. Kosmische straling kan ook afkomstig zijn van zwarte gaten en actieve sterrenstelsels.

    (de bovenstaande stukjes zijn plagiaat, ik heb het gejat uit wikipedia).. :) dat geeft niet, als je 1 ding gebruikt van iemand anders is het plagiaat, als je meerdere dingen gebruikt is het onderzoek.

    Koolstofdatering is betrouwbaar tot 60.000 jaar maar omdat de halfwaardetijd een computermodel is die wel zou moeten kloppen gebruiken de geschiedkundigen koolstofdatering nog tot ver na de eerste 60.000 jaar, ze laten de computer doorrekenen gebaseerd op de halfwaardetijd en komen dan bijvoorbeeld uit op iets waaruit zou moeten blijken dat er een mens c.q mensachtige is gevonden van 400.000 jaar oud. Of een beschaving van die leeftijd.

    Mijn conclusie uit bovenstaand artikel en mijn reactie is dus dat alles wat ooit via koolstofdatering is berekend op de schop zal moeten omdat ze zeer nauwkeurig moeten gaan uitzoeken hoeveel de zonnewinden van invloed zijn geweest alleen al in de eerste 60.000 jaar op de radioactieve isotopen. Er zullen wel enkele flinke solarflares geregistreerd staan onder de woorden: “Ra is vertoornd en stuurde zijn vlammen op ons af“ maar daar is dan ook alles mee gezegd. Het is onmogelijk om uit te vinden hoeveel wolken donkere materie er gezorgd hebben voor explosies in de zon in de eerste 60.000 jaar.

  2. Barry.

    Het handelt zich hier om enkele tienden van procenten, wat bij duizend jaar neerkomt op bijv: 0,2 % daarvan = 2 jaar. Bij 400.000 jaar is dat dus 400 x 2 = 800 jaar. Daarnaast geldt dat dit verschijnsel slechts afwijkt in de winter. Daardoor kun je die 800 jaar juist weer delen door 2, en kom je weer uit op 400 jaar. Lijkt mij sterk dat dat de moeite waard is om alles op de schop te gooien.

    1. Alfa,

      Ik had er al rekening mee gehouden dat deze reactie zou komen, om mee te beginnen zijn er in de afgelopen 400.000 jaren veel winters geweest die jaren aan 1 stuk door duurden door bijvoorbeeld meteorietinslagen. Nu zorgt niet elke meteorietinslag voor een langdurige winter, dat is afhankelijk van hoeveel zwavel er in de atmosfeer terechtkomt na de inslag.

      http://www.bertsgeschiedenissite.nl/geschiedenis%20aarde/komeetinslag.html

      Jouw berekening is een standaardberekening die alleen geldt onder ideale omstandigheden net als de berekeningen over de halfwaardetijd. Als jouw berekening niet meer geldig is omdat er een aantal omstandigheden zijn geweest die niet te voorzien waren dan kan jouw berekening dus ook op de schop.

      Punt1: er zijn ZEER lange winters geweest in onze historie
      Punt2: het is niet meer na te gaan hoeveel explosies er in de zon zijn geweest.

    1. Alfa,

      Je blijft vasthouden aan je berekening waarbij je zegt dat het zich handeld om 0.02%, deze tienden van procenten dat de kortlevende isotoop mangaan-54 daalt kan ook net zo goed 0.9% zijn en niet te vergeten, de isotoop waarmee koolstofdatering gemeten word is een langlevende isotoop,de c-14. Omdat het een langlevende isotoop is staat deze isotoop ook onder grotere invloed van externe invloeden zoals zonnewinden. De hoeveelheid percentage verschil in afbraak van de radioactieve isotoop hangt af van de hoeveelheid zonnewind die de aarde raakt. koolstofdatering was al geen betrouwbaar middel om te meten hoe oud iets is vandaar dat er ook meerdere extra controlemiddelen nodig zijn om het te bevestigen en ook deze controle middelen zijn nu daardoor onbetrouwbaar geworden.

      Een “ruwe” datering geeft een getal dat wordt uitgedrukt in jaren geleden (‘before present’, BP). Deze ruwe BP-datering kan nog niet worden gebruikt als een exact aantal jaren, omdat de concentratie 14C in de atmosfeer de afgelopen 50.000 jaar aan verandering onderhevig is.

      Deze concentratie wordt beïnvloed door variaties in de intensiteit van kosmische straling, die worden veroorzaakt door zonnewinden. Bovendien zijn er substantiële reservoirs van koolstof in organismen, de oceanen, sedimenten op de zeebodem (vooral in gashydraten) en sedimentaire gesteenten. In al deze reservoirs is de isotopenverhouding anders dan in de atmosfeer. Door klimaatsveranderingen kunnen er veranderingen in de uitwisseling van koolstof tussen de reservoirs optreden, wat de isotopenverhouding in de atmosfeer kan beïnvloeden. De afgelopen decennia heeft de mens ook invloed op de isotopenverhouding in de atmosfeer gehad. Door kernproeven in de jaren vijftig en zestig werd de concentratie 14C tijdelijk verdubbeld. Door verbranding van fossiele brandstoffen komt bovendien een hoop “oude” koolstof in de atmosfeer terecht, die helemaal geen 14C bevat. Dit laatste wordt het Suesseffect genoemd naar Hans Suess.

      KalibratiemethodenDaarom worden “ruwe” BP dateringen gekalibreerd om “echte” kalenderjaren te krijgen. Er zijn standaard kalibratiecurves opgesteld aan de hand van monsters die met een andere methode absoluut gedateerd konden worden (bijvoorbeeld met behulp van dendrochronologie, ijskernen, kernen van diepzeesedimenten, varven in meersedimenten, koralen of speleothems).

      De kalibratiecurves kunnen significant afwijken van een rechte lijn, dus het vergelijken van ongekalibreerde C14-dateringen (bijvoorbeeld door ze in een grafiek te zetten) kan tot vertekende resultaten leiden. In de standaard kalibratiecurve zitten ook flinke verspringingen, zoals tussen 11.000 en 10.000 jaren BP. Men vermoedt dat deze verspringing heeft te maken met veranderingen in de thermohaliene circulatie in de oceanen tijdens de Jonge Dryasperiode. Rond zulke verspringingen is de nauwkeurigheid van de kalibratie duidelijk minder. Wel kan de verspringing zelf worden gebruikt als gids wanneer hij in een tijdserie voorkomt.

      1. Barry.

        Lees nou eerst mijn berekening waarbij ik uitging van 0,2 tienden van een procent, en niet van 0,02 % honderdsten van een procent. Dat scheelt nog al.
        We verschillen van mening, wat maakt dat nou uit?

        1. Alfa,

          Gaan we muggeziften waar het nulletje staat en of er een nulletje bijstond of niet? Jouw berekening klopt gewoon niet, of je het nu berekend over 0.1%, 0.2%, 2% of 0.02%…het maakt allemaal niks uit, je hebt het berekend over de kortlevende isotoop mangaan-54 en niet over de langlevende isotoop C-14.Ik heb een goede theorie waarom koolstofdatering op de schop kan en heb het goed onderbouwd.Het maakt niks uit als we van mening verschillen maar dan moet je wel met iets zinnigs aankomen om mijn theorie onderuit te halen, dan heb ik tenminste ook een fatsoenlijke uitdaging om mijn theorie te verdedigen.

        2. Barry.

          Zodra ik lees dat de C14 koolstofdatering niet klopt, neem ik de moeite hier verder op in te gaan, maar zo niet. Voor mij lijkt dit een storm in een glas water. Elk ons eigen mening hierover.

  3. Het komt er dus op neer dat de halfwaardetijd van elementen wordt beïnvloed door donkere materie, en… kennelijk ook de zonnevlammen van onze zon. Dat betekent eigenlijk dat zowel Wimps als MOND (respectievelijk zware deeltjes met weinig interactie met materie en donkere hemellichamen, c.q. massa) geen kandidaten kunnen zijn voor het fenomeen “donkere materie”. Tenminste… als de hypothese correct is.

    Het verwondert mij dat het artikel in Newscientist geen hypothese oppert over de ruimte zelf (in de zin van de relativiteitstheorie) als oorzaak achter het fenomeen “donkere materie”. Want zonnevlammen kunnen niet door Wimps of MOND getriggerd worden.

  4. Alfa,

    Je hebt jammer genoeg niet de moeite gedaan om op mij in te gaan, je hebt de moeite genomen om een berekening te maken over mangaan-54, dat was niet het doel van de discussie. Lees het onderstaande maar eens, het is een zinnige aanvulling op Germen´s artikel.

    Door: Marcel Hulspas
    Gepubliceerd: vrijdag 10 september 2010 00:30
    Update: vrijdag 10 september 2010 07:16

    Het kan niet. En toch is het gemeten. ‘Iets’ afkomstig van de zon beïnvloedt radioactief verval. De natuurkunde staat voor een groot raadsel.

    ‘Wat wij suggereren is dat iets dat eigenlijk nooit ergens mee reageert dat nu dus wel doet – en daarbij iets verandert dat eigenlijk niet kàn veranderen.’ Aldus de samenvatting van atoomfysicus Jere Jenkins, van een artikel dat hij in juli publiceerde, samen met collega’s Efraïm Fischbach en Peter Sturrock. Een artikel dat in de natuurwetenschappelijke wereld met ongeloof en grote twijfel is ontvangen. Want het probleem reikt wellicht veel verder dan dat ‘iets’ iets onmogelijks doet. Als de waarnemingen die zij hebben gedaan kloppen, is het complete bouwwerk van de moderne natuurkunde toe aan een grondige verbouwing.

    Kern van deze spectaculaire ontwikkeling is het verschijnsel ‘radioactief verval’, het spontaan uiteenvallen van zware, instabiele atoomkernen in een lichtere kern en een of meer elementaire deeltjes. Spontaan – daar draait het om. Het is het pure gevolg van interne stabiliteit. Natuurkundigen kunnen verval uiteraard uitlokken door die kernen te bombarderen, maar in principe gebeurt verval spontaan, ‘zomaar’, zonder enige oorzaak. En de kans op verval, die verandert nooit. Ieder zwaar atoom heeft zijn unieke ‘vervaltijd’, en niets en niemand kan daar iets aan veranderen. Die overtuiging is praktisch een dogma in de moderne natuurkunde – en het fundament onder de C-14-dateringsmethode.

    Seizoenseffect

    Dat bracht natuurkundige Efraïm Fischbach van de Purdue Universiteit jaren geleden op het idee om radioactief verval te gebruiken om een random number generator te maken, een apparaat dat volstrekt willekeurige getalreeksen produceert. In de natuurkunde is dat een zeer nuttig ding – maar uiterst lastig te maken omdat ze in de meest gevallen net niet echt random zijn, vanwege invloeden van buitenaf. Radioactief verval moest uitkomst brengen. Maar dat bleek lastiger dan gedacht. De uiterst nauwkeurige metingen van vervaltijden die hij verzamelde, liepen frustrerend flink uiteen. En toen Fischbach dankzij het Amerikaanse Brookhaven National Laboratory en de Fysikalisch-Technische Bundesanstalt een groot aantal meet-reeksen van vervaltijden in handen kreeg, ontdekte hij iets héél merkwaardigs: een seizoenseffect. De vervalsnelheid veranderde door het jaar heen: ze was een fractie groter in de winter. Alsof de zon (die in de winter iets dichter bij de aarde staat) dat verval beïnvloedt.

    Maar Fischbachs eerste reactie was uiteraard dat dit een fout moest zijn in de meetapparatuur. Het wisselen der seizoenen (temperatuur, vochtigheid, zoiets) had blijkbaar invloed op de meting. Maar andere series, op compleet andere wijze verkregen, lieten hetzelfde effect zien. En alle speurwerk ten spijt, kon die oorzaak niet worden opgespoord. Vier jaar geleden kwam Jere Jenkins met het raadsel in aanraking: in december 2006 veroorzaakte een spectaculaire zonnevlam, een gigantische ‘storm’ op het oppervlak van de zon, een merkwaardige ‘dip’ in het vervaltempo van een testmonster (van het radioactievemangaan-54). Toeval? Weer een foutje in de apparatuur, nu veroorzaakt door de zonnevlam? Het was om hopeloos van te worden.

    Subtiele schommelingen

    Fischbach en Jenkins publiceerden hun gegevens, en korte tijd later ontmoetten ze Peter Sturrock, emeritushoogleraar van de universiteit van Stanford. Sturrock is een expert op het gebied van zonneneutrino’s: die kleinste en lichtste aller deeltjes die in de kern van de zon ontstaan (als afvalproduct van de kernfusie daar) maar verder overal doorheen vliegen. Fischbach en Jenkins dachten dat neutrino’s de schuldigen waren. Sturrock achtte dat uitgesloten: die botsen werkelijk bijna nooit op wat voor kern dan ook. Maar hij had wel een tip: als de zon hier iets mee te maken had, moest er in die meetseries niet alleen een jaarlijkse ‘golf’ zitten, maar wellicht ook een ‘golfje’ dat samenhing met de rotatie van de zon. In Brookhaven haalde Jenkins de series door de computer – en kijk: radioactief verval vertoont een subtiele schommeling van 33 dagen. Niet 28 dagen: de tijd die de buitenste lagen van de zon nodig hebben om een rotatie te volbrengen, maar 33: de rotatieperiode van de kern van de zon. Dààr moest de oplossing van het raadsel zitten. Hier was werkelijk iets héél vreemds aan de hand. Begin juli publiceerden ze hun resultaten.

    Onbekend deeltje

    Zijn de neutrino’s schuldig? Zijn zij het ‘iets’ dat vanuit de zon op radioactieve elementen inwerkt? Het is nauwelijks voorstelbaar. Deze deeltjes worden weliswaar in de zon in astronomische aantallen geproduceerd, maar ze zijn elektrisch neutraal en vliegen echt overal dwars doorheen – inclusief de aarde. Of toch? Het mysterieuze aan Jenkins’ meting was dat de ‘dip’ ’s nachts optrad, terwijl de zon aan de andere kant van de aarde stond. Zijn het dan toch neutrino’s? Is het het werk van een ander, nog onbekend deeltje, dat ook in de kern van de zon ontstaat? In dat geval moet niet alleen de natuurkunde, maar ook alle bestaande kennis over de zon grondig in de revisie. Hoe dan ook, als het niemand lukt deze metingen grondig onderuit te halen, staat de natuurkunde voor héél grote problemen.

    (storm in een glas water?)

    1. Barry.

      Ik kan niet ontkennen dat hier vreemde dingen gebeuren, maar voor onderzoek zijn we afhankelijk van wat wetenschappers hier over ontdekken. Overigens, ik dacht het verschijnsel uiteindelijk voor alle radioactieve elementen zou gelden in principe, met dien verstande, dat er natuurlijk wel verschil in halfwaardetijd zou blijven per element. Mijn berekening is dus een eenvoudig gemiddelde, om de zaken eenvoudig te houden. Jouw commentaar is goed onderbouwd, uitstekend zelfs, mijn complimenten. Maar nu het raadselachtige verschijnsel; Kun je zoiets verklaren aan de hand van het verschijnsel quantum entanglement? Waarbij deeltjes in de zon synchroon lopen met die op aarde, zodat veranderingen van die deeltjes daar, automatisch ook veranderingen in hun partner deeltjes hier op aarde te weeg brengen? Dit is een intuitieve benadering, ik moet eerst van de verrassing bekomen, maar dat moet iedereen in deze zaak. Dit is onbekende natuurkunde, en het kan een doorbraak betekenen, maar evengoed ook voor vele jaren onderzoek zorgen. Uit onderzoek in de natuurkunde volgen resultaten, die op hun beurt voor nieuw onderzoek zorgen, dat houdt nooit op. De waarnemingen worden steeds nauwkeuriger, waarmee bereikt wordt, dat het moment zal aanbreken dat eerdere waarnemingen niet nauwkeurig blijken of bleken te zijn. Dat is volgens mij een onontkoombare ontwikkeling in de natuurkunde, en het betekent dat we vorderingen maken ten koste van wat eerder ontdekt is. Dus als de natuurkunde op de schop moet, komen we hopelijk ook verder, met desnoods passende hoofdpijn,ha,ha,ha.

      1. Alfa,

        Er is voorzover ik begrepen heb geen enkel verschil in halfwaardetijd bij welke radioactieve stof dan ook omdat de halfwaardetijd een vaststaande formule is.

        Er is wel per soort isotoop een verschil in de snelheid van afbraak. Er is een natuurlijke snelheid voor elk soort isotoop maar daarbuitenom kunnen externe oorzaken de snelheid van afbraak ook veranderen.

        Aangaande je vraag over quantum entanglement, daar ga ik mee aan de slag. Ik zal proberen een zo logisch mogelijk antwoord te geven zodra ik denk iets te weten, zoniet dan krijg je op zijn minste een logisch maar intuitief antwoord wat neem ik aan geoorloofd is bij een intuitieve vraag gesteld aan een niet wetenschapper. :)

  5. Barry.

    Het aantal protonen in de kern van een atoom, bepaalt wat voor stof het is. In een atoom zijn altijd evenveel protonen als elektronen, omdat de lading van de stof o moet zijn. Maar het aantal neutronen kan verschillen. Oftewel, in een atoom staan het aantal protonen en elektronen vast, maar het aantal neutronen kan soms anders zijn. Stoffen met verschillende verhoudingen protonen en neutronen, maar die wel dezelfde hoeveelheid protonen hebben, noemen we isotopen van elkaar. De afwijking in het aantal neutronen geldt voor meerdere elementen, waarvan radioactieve juist het meest bekend zijn. Waarmee ik aan wil geven, dat juist bij radioactieve stoffen deze onbekende afwijking is gemeten, die men als isotoop aanmerkt.

Laat een antwoord achter aan Agnes Reactie annuleren