2 juli 2022

Donkere materie kan gemeten worden door de exacte lokatie van ruimtevaartuigen vast te leggen

Impressie van de Voyager 1, een ander ruimrevaartuig dat zich inmiddels buiten het zonnestelsel bevindt. Credits: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Zo’n 95% van alle materie in ons Melkwegstelsel is niet zichtbaar, maar is als onzichtbare donkere materie aanwezig. Niet zichtbaar betekent niet dat het ook niet meetbaar is, want dat is gelukkig wel het geval. Donkere materie merkt wel iets van de zwaartekracht en omgekeerd merken wij ook iets van de zwaartekracht van donkere materie – vandaar dat we weten dat het er is. Een tweetal sterrenkundigen – Edward Belbruno en Jim Green – heeft nu getracht uit te rekenen hoe groot de ‘galactische kracht’ in ons zonnestelsel is, de combinatie van de zwaartekracht van zowel de gewone (‘baryonische’) als de donkere materie. Het antwoord zal je verbazen: het is niet 95% door donkere materie en maar 5% door gewone materie, gelet op de verhouding in het gehele Melkwegstelsel. Nee, in onze lokale omgeving van het zonnestelsel wordt 45% van de galactische zwaartekracht veroorzaakt door de donkere materie, 55% door gewone materie, de materie die zit in de pakweg 100 miljard sterren en vele gas- en stofwolken en die lokaal vooral door de massa van de zon wordt veroorzaakt. De reden van deze verhouding is dat in onze omgeving niet heel veel donkere materie voorkomt, het meeste zit in de galactische halo, een grote bol rondom de platte zichtbare schijf van de Melkweg. Op een afstand van 30.000 Astronomische Eenheid (1 AE=afstand aarde-zon, 149 miljoen km) zou de galactische kracht van de donkere materie groter worden dan die van de gewone materie. Dat lijkt ver weg, maar het is nog altijd binnen de Oortwolk, de grote wolk van ijskoude kernen van kometen aan de rand van het zonnestelsel.

De cluster van sterrenstelsels Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652), links door Hubble gefotografeerd in zichtbaar licht, rechts in blauw de donkere materie (gemeten op basis van zwaartekrachtlenzen). Credits: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)

Belbruno en Green denken dat door die 45% zwaartekracht van de donkere materie de baan van ruimtevaartuigen die zich ver van de zon bevinden iets wordt veranderd ten opzichte van de baan die ze zonder donkere materie zouden hebben. Het is geen groot  verschil, maar het is wel degelijk meetbaar. Voor bijvoorbeeld de Pioneer 10, de sonde van de NASA die in 1972 werd gelanceerd en die zich drie jaar geleden op 18,3398 miljard km van de aarde bevond. Door de werking van de zwaartekracht van de donkere materie zou het pad dat de Pioneer 10 volgt nu 1,6 meter afwijken van het pad op basis van Newton’s zwaartekracht zonder donkere materie – 1,6 meter op een afstand van ruim 18 miljard km! Je snapt dat zo’n afwijking niet te meten valt, daar is de sonde (waar niet meer mee gecommuniceerd wordt) te ver weg voor. Toch hoef je volgens Belbruno en Green niet 30.000 AE te reizen om de invloed van de galactische zwaartekracht van donkere materie te meten, al bij 100 AE zou een speciaal hiervoor ontworpen ruimtevaartuig al gegevens kunnen laten zien over het pad dat ‘ie gevolgd heeft en daarmee eventuele afwijkingen in dat pad. Het zou dan moeten gaan om een vaartuig dat een motor aan boord heeft die werkt met radioisotopen (een zogeheten RTG). Er ligt al een plan daarvoor op de werktafel, namelijk voor de Interstellar Probe. Die zou ook een bol aan boord hebben die op verre afstand van de aarde uitgeworpen zou worden. Met laserstralen zouden dan zowel de sonde als de bol exact in de gaten gehouden worden. Het pad van de Interstellar Probe zou dan bepaald wordt door de combinatie van de galactische kracht en de voortstuwing door de motor, dat van de bol alleen door de galactische kracht. En zo zou in theorie de donkere materie gemeten kunnen worden. Hier het vakartikel over het meten van de donkere materie door ruimtevaartuigen, volgende maand te verschijnen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: NASA.

Comments

  1. Dus de donkere materie beïnvloedt de positie van die probe en die gaan ze meten door een tijd-ruimte die door diezelfde donkere materie ook wordt vervormd. Ik snap het even niet…. het doet me denken aan de kat van Schódinger. https://nl.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_kat

    • Volgens mij heeft het te maken met de verdeling van materie in het Melkwegstelsel. Uitgaande van gewone baryonische materie zal het merendeel van de materie in de centrale verdikking plus de platte schijf van de Melkweg zitten. Ga je echter uit van donkere materie, dan zal de meeste materie in de halo rondom de Melkweg zitten. Dat verschil zal meetbaar zijn in de positie van de bol bij het ruimtevaartuig, trekt de gewone materie ‘m vooral aan dan zal hij richting Melkweg afbuigen, trekt de donkere materie ‘m vooral aan dan buigt hij meer af richting halo.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: