13 december 2017

Gaia-metingen sluiten verband tussen donkere materie en uitsterven dinosaurussen uit

Het leek in 2014 zo’n goed idee van de natuurkundigen Lisa Randall en Matthew Reece: net als de gewone elementaire deeltjes zal er in de wereld der deeltjes donkere materie ook wel een grote variëteit aan soorten deeltjes zijn en dat betekent dat sommige deeltjes donkere materie wel eens op elkaar kunnen reageren. Gevolg daarvan is dat er wellicht een dichtere, platte schijf van donkere materie is, die qua ligging samenvalt met de gewone schijf van gas, stof en sterren van de Melkweg. Het zonnestelsel trekt in een soort van golfbeweging periodiek door die schijf donkere materie en daarbij passeert ‘ie pakweg eens per 32 á 35 miljoen jaar die dichtere schijf (zie de afbeelding hieronder).

Credit: APS/Alan Stonebraker

Gevolg daarvan is weer dat er in de buitenregionen van het zonnestelsel, in de zogeheten Oortwolk, van alles gaat bewegen en er meer kometen onze kant uit komen dan in de ‘rustigere’ periodes buiten de schijf donkere materie. En wat levert zo’n toename van kometen in de binnenste regionen van het zonnestelsel op? Juist ja, inslagen van kometen op planeten zoals de aarde. En dat was wat Randall en Reece in 2014 bedachten: dat de inslag van de komeet waarmee 65 miljoen jaar geleden de dinosaurussen waren uitgestorven veroorzaakt was door zo’n passage van de zon door een schijf donkere materie. In haar boek ‘Dark matter and the Dinosaurs’ (2015), in  het Nederlands vertaald als ‘Donkere materie en de dinosaurussen’, gaat Randall uitgebreid in op deze theorie.

Maar wat is nu, drie jaar later, het geval? Met de Europese Gaia satelliet worden metingen verricht aan de afstand, lokatie en beweging van sterren in de Melkweg – uiteindelijke doel is om dat voor welgeteld één miljard (!) sterren te gaan doen – en daarvan is recent de eerste data release verschenen. Een viertal sterrenkundigen, waaronder Katelin Schutz, een studente kosmologie aan de Universiteit van Californië in Berkeley, is in die release gedoken en heeft berekeningen gedaan aan de ‘kinematica’ van sterren in de Melkweg. Zou er inderdaad een dichtere schijf van donkere materie zijn, dat zou dat zichtbaar moeten zijn in de beweging van sterren. Maar wat blijkt uit de analyse: er is geen schijf van donkere materie, nou ja in ieder geval geen die meer massa aan donkere materie bevat dan 4/1000e van de massa van de zon per kubieke lichtjaar. En dat is de helft van wat je minstens nodig hebt om de kometen in de Oortwolk in beweging te krijgen en onze kant uit te sturen. Hieronder de resultaten van het onderzoek (DD=local dark matter disk) – de feitelijke dichtheid aan donkere materie ligt onder de benodigde hoeveelheid die Randall’s theorie vraagt (de hoek linksboven).

Kortom, géén schijf van donkere materie en géén verband tussen donkere materie en het uitsterven van de dinosaurussen, hetgeen allemaal nog eens na te lezen is in dit vakartikel van Schutz en haar collega’s. Het onderzoek wil niet zeggen dat donkere materie niet bestaat. Het zegt alleen dat er geen schijf van donkere materie bestaat. Het blijft volgens de auteurs aannemelijk dat donkere materie een grote bolvormige halo vormt rondom de Melkweg, die er ongeveer zo uit moet zien:

Credit: ESO/L. Calçada

Bron: Quanta Magazine + Francis Naukas

Reacties

  1. Dat is merkwaardig, heel merkwaardig zelfs :
    Donkere materie heeft wel invloed op ‘gwone’ materie… draagt bij aan de (Fundamentele natuurkracht : ) Zwaartekracht, waardoor materie bv middelpuntzoekend wordt of sneller ronddraait…

    Maar andersom zou donkere materie niet zelf gevoelig zijn voor zwaarte kracht: het klontert niet samen onder invloed van Zwaartekracht.
    ( Alsof het een soort mono-polen zijn : ze sturen wel ‘gravitonen’ het heelal is, maar ontvangen deze nooit !)
    De volgende vraag betreft dan of de gegevens, die suggereren dat DM in bolvormige halo’s vormen, wel juist is? Misschien zijn het geen bolvormige ‘structuren’ maar weer een soort uniform verdeelde achtergrond ‘deeltjes’…
    [ Persoonlijk denk ik dat het er helemaal niet is ! ]

    Groet, Paul

  2. Paul, ik snap de verwarring. Waarom zou gewone materie wel reageren op zwaartekracht en donkere materie niet, behalve die soort die een schijf kan vormen? Het is een misverstand. Alle materie én donkere materie reageert op de zwaartekracht, in welke vorm donkere materie ook voorkomt. Maar Randall’s idee is dat een deel van de donkere materie óók op een andere manier reageert. Zoals het in dit artikel uit 2014 is geformuleerd:

    “A small fraction might have interactions similar to those of baryons, emitting “dark photons” and dissipating energy, thereby cooling into an even thinner dark disk embedded in the ordinary baryonic disk.”

    Ik heb overigens net nog een afbeelding toegevoegd aan de blog, waarin die golfbeweging van de zon in haar baan in de Melkweg te zien is.

  3. Arie, met alle respect maar waar baseer je dat op ?
    “Alle materie én donkere materie reageert op de zwaartekracht, in welke vorm donkere materie ook voorkomt.”

    Wat we weten is dat de gewone alledaagse materie reageert op zwaarte kracht.
    Dat maakt dat vloeistoffen in rust een vlakke bovenkant hebben. Dat maakt dat appels weer naar de aarde vallen. Dat maakt dat onze atmosfeer niet van de Aarde het heelal in ontsnapt.

    Maar er is te weinig massa om alle bewegingen in het heelal te verklaren. Dus heeft men DM gepostuleerd. Maar we hebben nog nooit deeltjes(!) gevonden die DM zijn ! We weten slechts dat normale materie reageert op (te veel)
    Zwaartekracht.
    Of DM zelf ook reageert op Zwaartekracht daar weten we, naar mijn gescheiden mening, helemaal niks van.
    – – –

    Zoals ik jouw blog lees, zijn er geen concentratie verschillen in de ‘bolvormige halo’ ontdekt. Maar als DM-partikels reageren op Zwaartekracht zou je dat toch verwachten? Meer naar het midden, en meer naar de sterren-disk zou de dichtheid DM moeten stijgen… ( Niet aangetroffen ! )
    Die bolvormige halo is overigens ook niet aangetroffen, slechts ‘her-‘berekend.
    Waarom zou de DM niet ‘gewoon’ doorlopen de onbekende ruimte in waar het geen(!) effect heeft op onze materie omdat die ‘leeg’ is qua onze materie. Dat wil niet zeggen dat het daar dan ook niet is…. We zien het er niet, zoals we het nergens kunnen detecteren?

    Met vriendelijk groet, respect, en in de wetenschap dat ik het vast verkeerd zie,
    Paul 🙂

  4. Waar ik dat op baseer dat ook donkere materie reageert op zwaartekracht? Nou, zo’n beetje alle indirecte bewijzen die we hebben voor het bestaan van donkere materie zijn gebaseerd op de zwaartekrachtseffecten, zoals te zien aan de zwaartekrachtslenzen, de rotatiecurves van sterrenstelsels en curves van het ‘powerspectrum’ in de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Bij alles is het zonneklaar dat gewone materie niet voldoende aanwezig is om die effecten te verklaren en dat er verborgen donkere materie moet zijn (in welke vorm dan ook) die deze effecten veroorzaakt. Je hoeft de deeltjes donkere materie (áls die bestaan) niet te hebben ontdekt om toch de indirecte effecten via de zwaartekracht van donkere materie te kunnen waarnemen.

    • Dus m.a.w., DM maakt Kg (af) ? 🙂

      • Eh… ik snap ’t even niet. 🙂

        • Hij is inderdaad (te) kort door de (DM) bocht 🙂

          Zoals wel bekend houd ik mijn betogen graag kort en bondig.
          Dit in het kader van een beter milieu,
          door op deze manier zoveel als mogelijk energie te besparen 🙂

          Goed, back to the point.
          Letterlijk staat er; Dus met andere woorden draagt Donkere Materie bij
          aan het feit dat een Aardse Kilo-gram ook werkelijk een Kilo-gram is
          en dit gewicht niet zou halen als Donkere Materie niet zou bestaan?

          De mogelijkheid bestaat dat deze bewering ook (te) kort door de bocht is 🙂
          Mocht dat zo zijn, dan verneem ik dat graag…

          • @Mardi
            Quote : “…draagt Donkere Materie bij
            aan het feit dat een Aardse Kilo-gram ook werkelijk een Kilo-gram is
            en dit gewicht niet zou halen als Donkere Materie niet zou bestaan?”

            Voor de goede orde : dat is niet slechts 1 vraag !

            1) Op Aarde is geen DM aanwezig (voor zover we weten).
            Alle (massa-) materie op aarde is gemaakt van de elementen die we kennen uit het Periodiek Systeem der elementen (het PS). Het zijn dus eenvoudigweg de 92 chemische bouwstenen van de natuur.
            Daarnaast is er nog een kleine (massa-)hoeveelheid neutrino’s. Van neutrino’s is, geloof ik, nog niet zolang bekend dat zij ook massa bezitten, maar zij vliegen ook zo snel door de Aarde heen, dat je nauwelijks kunt stellen dat ze bij de Aarde ‘horen’.
            In de Aardse Kilo-gram zit precies/slechts 1000 gram aan normale materie, of 1miljoen milligram. Verder niks!

            2) De eenheid van Massa is de kg.
            Die eenheid heeft, in tegenstelling tot je vraag, weinig te maken met gewicht. Gewicht is kracht, meestal onder in vloed van Zwaartekracht. Zo heeft/krijgt 1 kg massa aan het oppervlak van de Aarde een kracht van ongeveer** 9,8 Newton (naar beneden gericht) (** = afh. van bv de hoogte boven zeeniveau en breedte graad).
            Die 9,8N zou niet veranderen als er geen DM was, tenzij de massa van de Aarde anders zou zijn (als bv de Aardkern van DM zou blijken te zijn…)

            3) Of die “grote bolvormige halo” er nu wel of niet zou zijn, heeft geen invloed op de kracht die elke Aardse kg ondervindt van het zwaartekrachtsveld.

            Ik hoop dat een en ander de boel wat heeft verduidelijkt. 🙂
            Groet, Paul

          • Wat is het toch heerlijk, om als leek, tussen al die knappe koppen te zitten 🙂

            Paul bedankt voor je uitgebreid antwoord.

          • Ik heb het heus wel in de gaten dat je me de gek aansteekt, Mardi. 🙂

Laat wat van je horen

*