donkere materie geeft oude sterren verjongingskuur

Gisteren stond een interessant artikel in de wetenschapsbijlage van NRC-Handelsblad: oude, uitgebluste sterren blijken wellicht een soort van verjongingskuur te kunnen ondergaan doordat ze in staat zijn zogenaamde WIMPs in te vangen, weakly interactive massive particles, oftewel een vorm van donkere materie. Igor Moskalenko en Lawrence Wai, beiden als astrofysici werkzaam aan de Stanford Universiteit in de VS, komen met dat opmerkelijke idee. WIMPs zijn een vorm van donkere materie die relatief zware deeltjes moeten zijn, neutraal van lading en langzaam bewegend (zo’n 1.000 km per seconde). Normaal moeten die deeltjes dwars door een ster heen vliegen, hetgeen mogelijk is omdat ze slecht reageren op gewone materie. Maar in sommige gevallen is er toch een soort van invang mogelijk. Door elastische verstrooiingen, botsingen tegen atoomkernen, kunnen WIMPs in stermaterie zo sterk worden afgeremd dat hun snelheid kleiner wordt dan de ontsnappingssnelheid van de ster. De deeltjes blijven dan gevangen in het gravitatieveld van de ster, draaien rondjes om het centrum en langzaam zakken ze naar het centrum. Botsen ze op een gegeven moment tegen een andere WIMP dan annihileren ze en komt er in een flits van gammafotonen en andere deeltjes energie vrij. Dat idee van het invangen van WIMPs is al in 1989 geopperd door Pierre Salati en de bekende Joseph Silk, maar Moskalenko en Wai hebben het idee nieuw leven ingeblazen. Hun berekeningen, die op 10 april 2007 in een artikel in The Astrophysical Journal ^[1]een kort artikel van slechts twee pagina’s. Da’s tegenwoordig een uitzondering! naar voren kwamen, laten zien dat met name witte dwergen het meest gunstig zijn om WIMPs in te vangen. Die sterren hebben hun actieve leven van kernfusie in het centrum achter zich gelaten en bevinden zich in de pensioenwereld van de sterren. Door de invang van WIMP-deeltjes zouden ze tien keer zo veel energie kunnen produceren als sterren via gewone kernfusie. Voorwaarde is wel dat de witte dwerg zich in de buurt van een zwart gat vindt, want alleen in de buurt van zwarte gaten is de ‘zee’ van WIMPs dicht genoeg om de witte dwerg te voeden. Door het gravitatieveld van zwarte gaten kan de WIMP-dichtheid enkele zonsmassa’s per kubieke lichtjaar bedragen en da’s voldoende om de ‘dark matter burners’, zoals dergelijke witte dwergen heten, te laten stralen. En zodoende zorgen die WIMPs er voor dat de witte dwergen een verjongingskuur ondergaan. Hoe dichter de witte dwerg bij het zwarte gat komt des te hoger is de WIMP-dichtheid en des te sterker zal de lichtkracht van de witte dwerg worden. Moskalenko en Wai voorspellen dan ook helderheidsvariaties die met een volgende generatie ruimtetelescopen, zoals de GLAST die 31 januari 2008 zal worden gelanceerd, kan worden waargenomen. De twee astrofysici zeggen dat met name moet worden gekeken naar het centrum van de Melkweg, waar zich een superzwaar zwart gat bevindt. Daar zou men witte dwergen moeten kunnen zien, die een lichtsterkte moeten hebben die niet overeenkomt met hun overige eigenschappen: oude sterren, die zich voordoen als jonge sterren. Een soort kosmische extreme makeover dus. Bron: NRC-Handelsblad, 30 juni 2007.