18 september 2021

Jupiter als detector van donkere materie? Ja, waarom niet eigenlijk!

Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Twee onderzoekers – Rebecca Leane (Stanford) en Tim Linden (Stockholm) – hebben een artikel gepubliceerd waarin ze betogen dat de grote planeet Jupiter goed te gebruiken is als detector van donkere materie, het mysterieuze en onzichtbare spul dat 80% van alle materie in het heelal schijnt te vormen. En eigenlijk is dat niet eens zo heel vreemd idee. Het idee van Leane en Linden is dat donkere materie alleen reageert via de zwaartekracht. En laat Jupiter die nou als grootste planeet van ons zonnestelsel in overvloed hebben, zwaartekracht dus. Jupiter kan donkere materie aantrekken en dat kan zich met name in het centrum van de gasreus ophopen. Dáár kan de donkere materie in de extreem dichte omstandigheden annihileren met zichzelf en dat levert dan hoogenergetische straling op, die mogelijk vanaf de aarde te zien is. En dat brengt ons op een ander astronomisch vraagstuk, waardoor dit hele idee niet zo vreemd is: of het door NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope waargenomen overschot van gammastraling en positronen vanuit het centrum van onze Melkweg ook veroorzaakt worden door annihilerende donkere materie. Dat laatste vraagstuk keert hier met de regelmaat van de klok terug op de Astroblogs en nog altijd is de vraag niet beantwoord. Leane en Linden hebben met dezelfde Fermi telescoop getracht om gammastraling afkomstig van Jupiter waar te nemen en bij een laag energieniveau van gammastraling werd inderdaad iets gevonden (zie afbeelding hieronder), al weten ze niet of dit straling is die afkomstig is van annihilerende donkere materie.

Waarnemingen aan gammastraling afkomstig van Jupiter. Credit: Rebecca Leane and Tim Linden.

Eh… als Jupiter een mogelijke detector van donkere materie is, waarom dan niet de nog zwaardere zon genomen, die nog veel meer massa heeft? De reden is dat de zon minder geschikt is als detector omdat ‘ie in de kern veel heter is en de lichte vormen van donkere materie dan ‘verdampen’, hetgeen bij de koelere kern van Jupiter niet gebeurt. Leane en een andere collega, Juri Smirnov (Ohio State), denken dat ook koele bruine dwergsterren geschikt zijn als donkere materiedetector, hetgeen ze in dit vakartikel beschrijven. Bron: Universe Today.

Comments

  1. Dick Mesland zegt

    Welke krachten verhinderen donkere materie sowieso om zich at random te concentreren in kernen van eigen zwaartekracht?

    • Een en ander hangt natuurlijk af van de precieze aard van donkere materie, maar dit is het standaardantwoord:

      Gewone materie verliest (kinetische) energie in de vorm van warmte als het met elkaar in contact komt, zoals bij botsingen in een moleculaire gaswolk. Hierdoor kan gewone materie makkelijker samenklonteren.
      Donkere materie reageert niet via de EM-kracht en kan dus via botsingen geen kinetische energie in warmte omzetten; de deeltjes DM kunnen daardooor veel moeilijker samenklonteren. Ze blijven zo diffuus en verdeeld over een gegeven volume, waar gewone materie bewegingsenergie verliest en zich juist concentreert in dat volume.

      • Dick Mesland zegt

        Dank je June voor deze verklaring. Ooit heb ik iets gedaan met de botsingen van ééncellige algen in suspensie. Als botsende cellen van tegengestelde sexen zijn blijven ze aan elkaar zitten. Aldus neemt het aantal enkele cellen in de suspensie af (volgens de te berekenen afnemende kans op botsingen).
        Als deeltjes DM botsen annihileren ze elkaar. Moet je dan niet verwachten dat in het heelal de hoeveelheid DM al miljarden jaren aan het afnemen is? En dat er een achtergrondstraling is van dat continue proces?

        • “Moet je dan niet verwachten dat in het heelal de hoeveelheid DM al miljarden jaren aan het afnemen is?”

          Het Decaying Dark Matter model gaat hiervan uit als ik het goed heb. Dat zou om zoveel als 5% kunnen gaan, maar er zijn ook onderzoeken die laten zien dat de ratio gewone/donkere materie niet meetbaar is veranderd sinds de productie van materie. Het blijft een mysterie.

          Dat van die achtergrondstraling zie je goed. Aan het goeddeels ontbreken ervan kun je conclusies verbinden: als DM annihileert of vervalt, gebeurt dat niet in halo’s (de wolken DM waarbinnen sterrenstelsels liggen). DM is in die zin koud: het beweegt langzaam. Het heeft in zo’n halo te weinig energie om te annihileren.

          Pas op sommige extreme plekken is dat overschot aan gammastraling wel te zien. De grote vraag is wat de oorzaak daarvan is, het kan DM zijn, maar ook iets anders. Neutronensterren in het melkwegcentrum, bijvoorbeeld. Daarom is het idee Jupiter als detector te gebruiken bijzonder interessant.

          • Dick Mesland zegt

            Inderdaad, je kunt je voorstellen dat samenklonterende gewone materie fungeert als een soort vangnet voor DM. Het gecomprimeerde volume dat de kans op botsingen verhoogt.
            Dank voor je toelichting.

    • Michiel van Engelen zegt

      Wellicht een rare vraag, maar als Donkere Materie wordt aangetrokken door zwaartekracht… zouden er dan geen enorme “donkere zwarte gaten” kunnen zijn ontstaan die de berekeningen hierover kunnen beïnvloeden?

      • Omdat donkere materie (vermoedelijk) alleen via de zwaartekracht reageert klit het niet zo samen als andere vormen van materie. En als er dan toch door alleen de werking van de zwaartekracht opeenhopingen van donkere materie ontstaan en die gaat dan vervolgens weer annihileren tot hoogenergetische fotonen dat zal er nooit een zwart gat van donkere materie kunnen ontstaan.

  2. Wybren de Jong zegt

    Ik begrijp niet goed hoe donkere materie zou moeten verdampen in de kern van de zon. Die kern is heet, maar ik dacht dat donkere materie niet warm werd van elektromagnetische straling. DM reageert toch niet op die straling?

    Een andere vraag is of ze deze gamma straling van DM zouden kunnen detecteren bij nabije bruine dwergen. Die hebben geen fusie in hun kern, dus daar is het niet heet. De dichtstbijzijnde staan op slechts 6,5 lj afstand, Luhman 16 A en B. Ik verwacht meer DM in de kern van bruine dwergen dan in Jupiter, of heb ik dat mis?

Speak Your Mind

*

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