8 augustus 2022

Ligt de oorsprong van donkere materie soms bij de zwaartekracht zelf?

Credit: AlexAntropov86/Pixabay.

De ware aard van donkere materie blijft een raadsel. Ondanks tientallen jaren van wereldwijd speuren naar donkere materie weten we nog steeds niet wat het is, ook al weten we uit indirecte waarnemingen dat 85% van alle materie in het heelal bestaat uit donkere materie, de overige 15% uit gewone, bekende materie. Die indirecte waarnemingen zijn grotendeels gelinkt aan zwaartekracht, zoals de vlakke rotatiecurven van sterrenstelsels en zwaartekrachtlenzen rondom (clusters van) sterrenstelsels. Maar wat nou als het de zwaartekracht zelf is dat de oorsprong van de donkere materie vormt? Recent kwam een tweetal natuurkundigen – Oleg Lebedev en Jong-Hyun Yoon van het Helsinki Institute of Physics – met een opzienbarende theorie: dat in de allereerste fase van het heelal, de fase van inflatie, het graviton, dat is de hypothetische kwantumdrager van de zwaartekracht, enorme hoeveelheden donkere materie creeërde. En dat gebeurde op een moment dat zelfs gewone materie er nog niet was, dat ontstond pas ná de inflatieperiode.

Impressie van de inflatieperiode. Credit: Christine Daniloff, MIT, ESA/Hubble and NASA

Gedurende de inflatieperiode maakte het heelal een uitdijing mee die exponentieel snel ging, in een minuscuul tijdsinterval zou het heelal tussen de 10^30 en 10^100 keer zo groot zijn geworden. Wat die inflatie veroorzaakte is niet bekend, maar de natuurkundigen denken dat een hypothetisch veld daar verantwoordelijk voor was, het inflatonveld, waar het deeltje inflaton een manifestatie van is. Na de inflatieperiode verviel (Engels: decayed) het inflaton en werden de deeltjes gevormd die we nu kennen, de protonen, neutronen, elektronen en andere deeltjes. Lebedev en Yoon denken nu dat iets dergelijks ook de donkere materie creeërde en wel tijdens de inflatieperiode, niet er na. Toch is er een link met het inflaton hoe dat gebeurde: aan het einde van de inflatieperiode, vlak voordat de inflaton verdwijnt en de ‘deeltjeszoo’ van ons heelal ontstaat, klotst de inflaton rond de kosmos als een bal die net van een steile heuvel is gerold maar nog niet is neergedaald.

Kosmologen noemen deze stap de voorverwarmfase (Engels: ‘preheating’) van het inflatonverval, en het kan aanleiding geven tot gekke fysica. In deze korte fase kan bijvoorbeeld de zwaartekracht zelf een grote rol spelen, waardoor de inflaton verbinding kan maken met het donkere materiedeeltje. In dit geval neemt de zwaartekracht de vorm aan van zijn veronderstelde kwantummechanische krachtdrager, het graviton. Gewoonlijk neemt het graviton niet deel aan deeltjesreacties, maar de twee natuurkundigen hebben een manier gevonden om het in de voorverwarmfase te laten verschijnen tegen het einde van het inflatietijdperk.

Lebedev en Yoon ontdekten dat wanneer het graviton in de deeltjesinteracties in dit extreme tijdperk verschijnt, het kanalen zou kunnen bieden voor het inflaton om te vervallen in donkere materiedeeltjes. Deze donkere materiedeeltjes zouden dan al in het heelal aanwezig zijn geweest voordat de rest van de normale materie dit voorbeeld volgde toen de inflaton uiteindelijk wegging. Dit mechanisme werkt alleen als er met de ruimte iets bijzonders gebeurt, zoals de exponentieel snelle expansie tijdens inflatie. En toen die fase eindigde stopte ook de productie van donkere materie (met behoud van de huidige 85% aan donkere materie in het heelal). Hier is het vakartikel over de oorsprong van donkere materie in de inflatieperiode van het heelal. Bron: Space.com.

Comments

  1. Erik van der Veen zegt

    Ik ben geen natuurkundige en ik heb veel te weinig wiskundige basis om het te begrijpen, ondanks dat ik de populaire natuurkunde met veel plezier al vele jaren volg. Maar met donkere materie en donkere energie heb ik altijd veel moeite. Ik zie het meer zo dat we een aantal onverklaarbare fenomenen waarnemen waardoor we moeten erkennen dat we gewoon niet zeker weten of onze theorieen wel kloppen. Maar daar willen we eigenlijk niet aan.

    De termen donkere materie en energie zijn m.i. gewoon een correctie factor die we in de berekeningen invoegen om de som kloppend te maken met de waarneming. Niet denigrerend bedoeld, want onze theorien houden gewoon stand in alle voor ons in het dagelijkse leven vookomende situaties. Maar om verder te komen zou het volgens mij goed zijn als meer wetenschappers (want ze zijn er wel al) zouden durven om het ingeslagen onbekende en misschien doodlopende pad te verlaten op zoek naar misschien wel een heel andere kijk op de dingen.

    • Newtons wetten zijn ook berekeningen die de som kloppend moeten maken met de waarnemingen. In feite is alle natuurkunde zo opgebouwd.

      Als we echt zouden vinden dat onze theoriëen reeds klopten, zouden we de fenomenen achter DE en DM straal negeren. Als we dat laatste niet doen, dan moeten we dus wel hypotheses opstellen en correcties invoeren.

      Ik ken geen enkele kosmoloog die niet erkent dat we niet weten wat het verschijnsel achter DM en DE is. DM als onbekend deeltje is wel de eenvoudigste verklaring, het is maar 1 extra factor in het gangbare model.

      Niettemin: is zoeken naar zoiets niet de essentie van de onbekende weg inslaan?

      Ik meen van wel.

      • Kunnen we de betekenissen van de woorden Kosmologie en Astrologie niet met elkaar verwisselen ? Want volgens mij zijn de Russen erg goed in het hebben van “een andere kijk op de dingen”. 😉

  2. De gedachte dat de afstotende werking van DE toeneemt naarmate het volume van het heelal toeneemt geeft m.i. al aan dat er iets niet klopt met de interpretatie van de huidige informatie. Een lineair verloop van de expansie veroorzaakt door het initieel gegeven momentum na de inflatie gaat er bij mij nog wel in i.c.m. een alom aanzuigende werking van iets (DM?) buiten ons heelal dat de aanvullende versnelling veroorzaakt. Gelukkig is de tijd oneindig om uiteindelijk tot de juiste conclusies te komen 😀 .

    • Iets “buiten” ons heelal? Dat lijkt me toch stukken speculatiever dan de aanname van DM en/of DE.

      • Ik verzin dit dus niet zelf HC, lees het verhaal van Andrei Linde, een van de grondleggers van de inflatie theorie die een multiversum propageert, en waarom ook niet? https://www.universiteitleiden.nl/nieuws/2017/06/ruim-200-zien-andrei-linde-in-leidse-schouwburg

        • Dat zei of bedoelde ik ook niet. Ik vind het alleen frappant dat je DM eigenlijk afwijst (dat begrijp ik toch goed?) en dat je het multiversum, dat stukken speculatiever is en in wezen onbewijsbaar, des te serieuzer lijkt te nemen. Ik heb het er niet mee, mogelijk ten onrechte, omdat het in feite niets verklaart. Het zegt alleen dat verklaringen niet langer hoeven: alles is zoals het is, omdat alle alternatieven elders bestaan. Daar krijg ik het niet warm van. Overigens, “en waarom ook niet?”: waarom wel?

          PS Over DM: daar ben ik ook nog niet uit, dus mochten we iets ontdekken dat het goedje overbodig maakt, dan zou ik niet al te verrast opkijken. Maar voorlopig hebben we geen betere uitleg.

          • Je hebt me niet correct begrepen @HC ik geloof 100% in DM omdat het gewoon knetterhard is aangetoond met de afwijkende rotatie van sterrenstelsels middels doppler metingen. Maar DE vind ik van een andere orde, een homogeen afstotend krachtveld tussen objecten dat toeneemt naarmate de afstanden groter worden, dat kan natuurlijk niet. Als het “gewoon” deel uitmaakt van de inflatie dan nog is die extra versnelling onverklaarbaar; alsof er overal extragalactische ruimte wordt gecreëerd bovenop de expansie…. Ik word van wiki ook niet veel wijzer https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy

  3. Donkere materie, het zit overal in ons nu bekende Heelal. Donkere Energie is mijn inziens het zelfde spul maar dan in een niet universeel geparkeerde versie dus het reist met ongekende snelheid door ons Heelal.
    Dat zwaartekracht ( voor mij Ruimte Tijd ) DE of DM zou maken is zo duidelijk als wat. Neutrino’s worden in alle ruimte objecten met een bepaalde Massa namelijk gemaakt. Op dat moment is er Ruimte Tijd en kan daar dus DE ontstaan. Dat onze Zon er uitstraalt is allang geaccepteerd en als deze deeltjes tot die DE zouden horen dan komt er steeds meer DE in ons Heelal. Verder gezien het feit dat we nog niet werkelijk alle objecten in ons Zonnestelsel in kaart hebben heerst daar zeker nog DM. En wat er allemaal aan geen straling uitzendend Spul nog verder in ons Heelal tussen de Sterrenstelsel rond zweeft is gezien vanuit de bekendheid van het Zonnestelsel zeker alleen maar gissen. Dat alles (zo licht als het ook maar is) de Ruimte Tijd vervormt is voor mij ook bevatbaar. Want in één druppel kun je niet zwemmen, maar alle druppels samen geven de mogelijkheid tot nieuwe olympische records.
    Ik kan mij er iets bij voorstellen dat sommige wetenschappers de missende link tot het totaal concept voor het ontstaan van het Heelal heel graag willen ontdekken. Maar daarvoor mag men toch echt iets anders doen dan een sommetje iets anders berekenen. Want wij vinden onze Aarde uniek en zo zijn alle objecten dat en weten we alleen maar echt wat er heerst als we er daadwerkelijk zijn geweest.

  4. @ Nico. Ik dacht dat je in vroegere reacties erg kritisch was geweest over DM, maar daar zit ik dus kennelijk fout. Oké, point taken. Over DE wil ik mij niet uitspreken, ik word ook niet wijzer van wat er hier of daar over wordt verteld.

Laat een antwoord achter aan Nico Reactie annuleren

*

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

%d bloggers liken dit: