22 juni 2021

Donkere materie: geen WIMP’s, maar WISP’s?

Credits: IC Irvine.

Het heelal zoals wij dat kennen bestaan voor 4,9% uit gewone materie – de materie waar jij en ik uit bestaan en de planeten, gaswolken en sterren – voor 26,8% uit donkere materie en voor 68,3% uit donkere energie, aldus de meest recente Planck-metingen aan de kosmische achtergrondstraling. Dat er zoiets als donkere materie bestaat weten we inmiddels zeker, de indirecte bewijzen daarvoor zijn overtuigend, directe waarneming is er echter nog steeds niet. Jacobus Kapteyn was de eerste die met de term donkere materie aan kwam zetten, dat was bijna honderd jaar geleden, in 1922 om precies te zijn, tien jaar later kwam Jan Oort – alweer zo’n Nederlandse wegbereider – met dezelfde term, waarna in 1933 de Zwitser Fritz Zwicky het definitief op de agenda zette. Nu, anno 2014 weten we dat donkere materie bestaat, alleen hebben alle experimenten tot nu toe gefaald iets te zien van donkere materie, de LHC in Genéve, de AMS-02 op het ruimtestation ISS, de ondergrondse XENON, LUX, CDMS, DAMA/LIBRA, PAMELA, noem ze allemaal maar op, niets dat op een signaal lijkt is opgevangen. Vandaar dat recentelijk veel natuurkundigen zoiets hebben van ‘kijken we wel in de goede richting en naar de juiste (vooralsnog hypothetische) deeltjes?’ Tot nu toe waren alle experimenten vooral gericht op de detectie van zogeheten WIMP’s, weakly interactive massive particles, deeltjes die, zoals de naam al aangeeft, slecht reageren met andere deeltjes en die zwaar zijn. Voornaamste kandidaat van zo’n WIMP: het neutralino. Maar ja, zoals gezegd, alle metingen laten nul komma niks signaal van zo’n WIMP zien.

Credit: RESONAANCES.

Maar als je weet dat donkere materie bestaat én dat WIMP’s niet de deeltjes zijn waaruit donkere materie bestaat, wat moet het dan zijn, waar moet je dan naar kijken? Tataratatááá: dan komen de zogeheten WISP’s op het toneel, het meest recente hoofdstuk in het inmiddels dikke boek over donkere materie. Voor de duidelijkheid: de term WISP’s is nog zo nieuw dat zelfs de Engelse Wikipedia er nog geen pagina voor heeft, wat zeg ik, zelfs de natuurkundigen zelf zijn er nog een tikkeltje vaag over, want er bestaan twee verklaringen van die term WISP’s. De ene verklaring zegt dat het staat voor weakly interactive slim particles (‘slim’ in de zin van zeer licht), de andere houdt het op weakly interactive sub-eV particles. Maar hoe dan ook, de term is hot en het is nog nauwelijks tot ons gewone stervelingen doorgedrongen.

Credits: Georg G. Raffelt , Max-Planck- Institut für Physik, München.

OK, WISP’s zijn dus mogelijke kandidaten voor donkere materie en zoals hun voluit geschreven naam al doet vermoeden reageren ze slecht op gewone materie én zijn ze licht. In beiden is er een verschil van WISP’s met WIMP’s, want in alle modellen die er voor de verschillende soorten WISP’s zijn komt naar voren dat ze méér reageren op gewone materie dan WIMP’s en dat maakt het ook gemakkelijker om ze te detecteren. En de WISP’s zijn stukken lichter dan de WIMP’s, hetgeen het noodzakelijk maakt dat á¡ls WISP’s bestaan en als zij inderdaad (een deel van) de donkere materie vormen, dan moeten ze in grote getale in het heelal voorkomen. Er zijn enkele modellen voor die WISP’s en diverse teams van natuurkundigen proberen met nieuwe detectoren de voorspelde deeltjes van die modellen waar te nemen. Hier enkele van die hypothetische WISP’s:

Ik wilde in eerste instantie ook de steriele neutrino’s aan dit rijtje toevoegen – kandidaat donkere materie deeltjes, die óók wellicht door de XMM Newton zijn gedetecteerd, tsjonge jonge, die satelliet is welbeschouwd op dit moment wel het beste donkere materie-instrument dat we hebben – maar die is met een veronderstelde massa van 3,5 KeV te zwaar om een WISP te zijn. Zijn de WISP’s héél licht, zo’n 0,00001 eV, de steriele neutrino’s met pakweg 1 KeV middelmatig, de WIMP’s zijn met een massa van zo’n 10^11 eV bloedzwaar. Wordt vervolgd!

Comments

  1. Harry Brunott zegt

    Beste heren (dames?) astronomen,
    Ik zit dagelijks te genieten van al het interessante nieuws over de kosmos.
    De informatie is gelukkig ook toegankelijk voor niet wetenschappers zoals ik.
    Heel fijn, bedankt, hoop dat dit lang volgehouden wordt.
    Dit wilde ik even laten weten. 😃
    Vriendelijke groet,
    Harry

  2. Wat is nu weer, donkere energie?

    Donkere materie, oké, dat is materie dat we niet kunnen zien. En het oefent zwaartekracht uit. Klinkt aannemelijk. Maar donkere energie, hmm… En dan ook nog het heelal (steeds sneller) uit elkaar drukken terwijl er vooral alleen maar vacuüm tussen zit? Nee, dat is niet erg aannemelijk. Toch neemt men het aan.

    • Als we donkere materie mysterieus mogen noemen, dan is donkere energie dat nog veel meer. Donkere materie bestaat uit deeltjes, die we niet kunnen zien, maar donkere energie zijn geen deeltjes, het is een eigenschap van de ruimtetijd zelf en naarmate er door de uitdijing van het heelal meer ruimte komt groeit ook de hoeveelheid donkere energie. Dát donkere energie bestaat lijkt vrijwel zeker (zie: http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#Evidence_of_existence ), alleen weten we over de aard ervan heel weinig, al zijn er wel talloze modellen, zoals Einstein’s Kosmologische Constante (op dit moment favoriet bij de bookmakers) en de kwintessens en fantoom-energiemodellen.

  3. – ( Gewone ) Materie
    – Donkere Materie
    – Donkere Energie

    Ik hoor nooit over (gewone) Energie praten , als het over de samenstelling van ons heelal gaat.
    Zit die al bij die 3 tot 5 % ( gewone ) Materie?

    Groet, Paul

  4. Ja, die 4,9% is ook ‘gewone’ energie, dus een combi van massa en energie. Feitelijk gewoon e=mc^2.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: