15 juli 2018

Donkere materie is misschien toch niet helemaal donker

Hubble-foto van de cluster Abell 3827


Mogelijk is voor het eerst waargenomen hoe donkere materie, anders dan via de zwaartekracht, andere donkere materie beïnvloedt. Waarnemingen van botsende sterrenstelsels, verricht met ESO’s Very Large Telescope en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA, hebben de eerste intrigerende aanwijzingen opgeleverd over de aard van deze mysterieuze component van het heelal.
Met behulp van het MUSE-instrument van ESO’s VLT in Chili, en beelden van de om de aarde cirkelende Hubble-telescoop, heeft een team van astronomen de gelijktijdige botsing tussen vier sterrenstelsels in de cluster Abell 3827 onderzocht. Het team heeft kunnen traceren waar in dit systeem zich de massa bevindt, en vervolgens de verdeling van de donkere materie vergeleken met de posities van de heldere sterrenstelsels.

Hubble-foto van de cluster Abell 3827, waarop de verdeling van de donkere materie te zien is.

Hoewel donkere materie niet te zien is, heeft het team met behulp van de zogeheten zwaartekrachtlenstechniek de locatie ervan kunnen afleiden. Bij toeval speelde de botsing zich recht voor een veel verder verwijderd, ongerelateerd object af. De massa van de donkere materie rond de botsende sterrenstelsels vervormt de ruimtetijd, waardoor de lichtstralen van het verre achtergrondstelsel op allerlei manieren worden afgebogen. Daardoor wordt het beeld van het stelsel vervormd tot karakteristieke boogjes.

Volgens onze huidige inzichten bevinden alle sterrenstelsels zich in een omhulsel van donkere materie. Zonder de bindende werking van de zwaartekracht die de donkere materie uitoefent zouden sterrenstelsels zoals onze Melkweg door hun draaiing uit elkaar vallen. Dat dit niet gebeurt, is alleen verklaarbaar als 85 procent van alle massa in het heelal1 uit donkere materie bestaat. Maar waar deze materie uit bestaat is nog steeds een raadsel.

Bij dit onderzoek hebben de wetenschappers de vier botsende sterrenstelsels waargenomen en ontdekt dat één van de omhulsels van donkere materie achterloopt bij het sterrenstelsel dat het omsluit. De achterstand op het stelsel bedraagt momenteel 5000 lichtjaar (50.000 miljoen miljoen kilometer – de NASA-ruimtesonde Voyager zou er 90 miljoen jaar over doen om die afstand te overbruggen.

Naar verwachting ontstaat zo’n achterstand tussen een sterrenstelsel en de bijbehorende donkere materie wanneer de donkere materie zichzelf beïnvloedt, hoe weinig ook, middels andere krachten dan de zwaartekracht2. Nog nooit is waargenomen dat donkere materie anders dan via de zwaartekracht interacties aangaat.

Hoofdauteur Richard Massey van Durham University legt uit: ‘We gingen er altijd van uit dat donkere materie zich nergens iets van aantrekt, behalve van zijn eigen zwaartekracht. Maar als donkere materie echt wordt afgeremd tijdens deze botsing, zou dat het eerste bewijs kunnen zijn dat de donkere sector’ – het verborgen heelal dat ons omringt – een rijke fysica kent.’

De onderzoekers merken op dat nog onderzocht moet worden welke andere effecten deze vertraging zouden kunnen veroorzaken. Er zullen soortgelijke waarnemingen van meer sterrenstelsels en computersimulaties van galactische botsingen moeten worden uitgevoerd.

Teamlid Liliya Williams van de Universiteit van Minnesota voegt daaraan toe: ‘We weten dat donkere materie bestaat, dankzij de gravitationele wisselwerking die zij vertoont. Maar we weten nog beschamend weinig over wat donkere materie nu eigenlijk is. Onze waarneming suggereert dat donkere materie wellicht ook interacties aangaat via andere krachten dan de zwaartekracht. En dat zou betekenen dat we enkele cruciale theorieën over de aard van de donkere materie kunnen uitsluiten.’

Dit resultaat volgt op een recent resultaat van het team, dat 72 botsingen tussen clusters van sterrenstelsels heeft waargenomen3 en daarbij heeft vastgesteld dat donkere materie vrijwel geen interacties met zichzelf aangaat. Het nieuwe onderzoek heeft echter geen betrekking op de clusters als geheel, maar op de bewegingen van afzonderlijke sterrenstelsels. De onderzoekers zeggen dat de botsing tussen deze stelsels mogelijk langer heeft geduurd dan de botsingen die in het eerdere onderzoek zijn waargenomen – lang genoeg om zelfs een kleine wrijvingskracht de kans te geven om mettertijd een meetbare achterstand te veroorzaken4.

Het centrum van van Abell 3827.

Tezamen stellen de beide onderzoeken voor het eerst grenzen aan het gedrag van donkere materie. De interacties van donkere materie zijn sterker dan dit, maar zwakker dan dat. ‘Eindelijk hebben we de donkere materie waar we haar hebben willen: in de bankschroef van onze kennis‘, aldus Massey. Bron: ESO.

Noten
  1. Astronomen hebben ontdekt dat de totale hoeveelheid massa en energie in het heelal voor 68% bestaat uit donkere energie, voor 27% uit donkere materie en voor 5% uit ‘normale’ materie. Het getal van 85% heeft betrekking op het deel van de ‘materie’ dat donker is. []
  2. Computersimulaties laten zien dat de extra wrijving van de botsing ervoor zou zorgen dat de donkere materie afremt. De aard van die interactie is onbekend: ze kan het gevolg zijn van reeds bekende effecten, maar ook van een exotische, onbekende kracht. Op dit moment weten we alleen dat het niet de zwaartekracht is. Het is mogelijk dat alle vier de stelsels van hun donkere materie gescheiden zijn. Maar we hebben van slechts één stelsel een heel goede meting, omdat dit bij toeval precies voor een ver achtergrondobject staat. Bij de andere drie stelsels staan de ‘boogjes’ verder weg, waardoor zich niet goed laat vaststellen waar de donkere materie zich bevindt. []
  3. Clusters bestaan uit tot wel duizend afzonderlijke sterrenstelsels. []
  4. De grootste onzekerheid in het resultaat is de duur van de botsing: de wrijving die de donkere materie heeft afgeremd kan een heel zwakke kracht zijn geweest die ongeveer een miljard jaar zijn werk heeft gedaan, of een relatief sterke kracht die ‘maar’ 100 miljoen jaar heeft gewerkt. []

Reacties

  1. rudiev zegt:

    Zijn er dan nog theorieën die zoiets als dit beschrijven, dat donkere materie ook een andere invloed kan hebben dan zwaartekracht?

  2. Hier is overigens het vakartikel over de waarnemingen aan de vier sterrenstelsels in cluster Abell 3827: http://arxiv.org/pdf/1504.03388v1.pdf

  3. Obelix Obelix zegt:

    Hallo Arie,

    om even terug te komen op mijn reactie bij de ‘trailer’ van deze blog op nujij.nl….
    http://www.nujij.nl/wetenschap/donkere-materie-is-misschien-toch-niet-helemaal.31845349.lynkx

    Bij DONKERE zaken, denken we aan zaken die
    – donker gekleurd zijn (zwart, donker blauw/bruin).
    – onopgeloste mysteries.
    – of mysterieus zijn ; zaken die het daglicht niet kunnen verdragen (donker/duister)

    Bij Donkere Materie of Donkere Energie (DM / DE) heeft het ‘donkere’ (uiteraard) geen betekenis in de zin van kleur. Iets was gekeurd is, heeft immers interactie met licht.
    DM en DE hebben juist (totaal) geen kleur.
    Iets zonder interactie met licht noemen we helder of transparant.

    Zo zijn bijvoorbeeld onze atmosfeer en vensterglas zo goed als transparant voor zichtbaar licht. Commerciële UV- filters zijn dat ook. Maar voor UV-licht zijn glas en UV-filters niet transparant.

    Voor zo ver wij weten** , zijn DM en DE voor alle golflengten in het elektromagnetische spectrum transparant.
    Anders zouden we ‘niet-plaatsbare’ fraunhoferlijnen zijn tegen gekomen. Het lijkt mij dat daar voldoende licht voor is.

    Dat iets transparant is, wel echter niet zeggen dat we er alles van weten. [ Laat dat helder zijn. 😀 ]
    Het ‘donkere’ van DM en DE verwijst naar onopgeloste zaken. Maar ik vermoed dat de naam blijft bestaan, als eerdaags(?) het mysterie wordt opgelost.
    [ Eigenlijk is taal niet zo geschikt om er de natuur mee te beschrijven, maar er is weinig alternatief. ]

    ** bovenstaand artikel toont maar weer eens aan dat we nog lang niet alles weten.
    – Mijn dank voor deze Blog. 🙂

    Vriendelijk Groet,
    Paul ( ook namens mijn alter ego ‘zelf een Gandalf’)

    • Monique Monique zegt:

      Wat moet je je voorstellen bij donkere materie wat niet te zien is? Zou het niet vergelijkbaar zijn met wat blind geboren mensen zien? Kleur, zwart, wit of licht kun je niet aan ze uitleggen. Zij weten wel dat het er is.

      Hey…de hele Astrocorner is verdwenen of opgelost in donkere materie!

      • Obelix Obelix zegt:

        Of ‘onzichtbare’ DM vergelijkbaar is met wat blinden mensen ‘zien’?
        Ja, misschien wel.

        Maar misschien is DM, als je er 1 kg van heb, en het samenperst tot 1 liter wel net zo zichtbaar en tastbaar als water. Ik zou het niet als eerste willen proberen… Dat voorrecht mag een ander hebben. Brr.

        Iets meer dan 60 uur terug heeft RUDIEV geïnventariseerd welke deeltjes DM kunnen veroorzaken. Waarschijnlijk is het niet slechts één van deze deeltjes maar al deze deeltjes plus nog enkele anderen waar we nog niet eens aan gedacht hebben. Alleen al de verhouding DM en normale materie ( 27 / 5 ) wijst daarop. Ook normale materie bestaat niet uit een soort deeltje…

        Groet, Paul

        • Monique Monique zegt:

          Het blijf voorlopig nog wel een raadsel, Paul
          “Maar misschien is DM, als je er 1 kg van heb, en het samenperst tot 1 liter wel net zo zichtbaar en tastbaar als water”
          De vergelijking met wat blinde mensen zien, is een aspect. Een ander aspect (bij jou het samenpersen tot zichtbaar en tastbaar water) zou in mijn vergelijking dan het besef van driedimensionale objecten zijn d.m.v. te voelen. Zo kunnen blinden het voorwerp meteen inbeelden (maar zonder kleur)
          Misschien mist de mens wel een zintuig om DM te kunnen inbeelden of zijn de zintuigen nog niet optimaal
          😛

          Wat ben je weer scherp Obi, in je laatste antwoord op Galaxy (Buitenaards signaal)

    • Hoi Paul, ja gebruik van de term transparant bij donkere materie is denk ik wel mogelijk, in de zin van zonder interactie met licht. DM reageert alleen op de zwaartekracht en vermoedelijk ook op de zwakke wisselwerking, niet op de twee sterkste krachten, de sterke en gravitationele wisselwerking.

      Monique, de Astrocorner is er volgens mij wel, maar de links verliepen allemaal via de Jetpack widgets. Omdat ik Jetpack gedeactiveerd heb vanwege die problemen moeten de widgets op een andere manier worden ingesteld, maar dat zal ik thuis doen. Ik heb K.J. twee dagen terug gemaild met alle info over de server, omdat hij vermoedde dat dáár het probleem lag met de blanco schermen. Ik ben in afwachting van zijn reactie.

      • Obelix Obelix zegt:

        Ach Arie,
        je bent er niet helemaal met je hoofd bij zie ik. Geen wonder daar op Grand Champ. 🙂

        DM reageert op gravitationele wisselwerking ( = zwaarte kracht ) en misschien de zwakke wisselwerking.
        DM heeft geen interactie met de sterke wisselwerking of de elektromagnetisch wisselwerking ( de twee sterkste krachten).

        Groet, Paul

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.