19 juni 2024

Jupiter als een donkere materiedetector

Credit: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M. H. Wong (University of California, Berkeley) and the OPAL team

Op aarde wordt al tientallen jaren koortsachtig gezocht naar donkere materie, de mysterieuze substantie die 80% van alle materie in het heelal zou vormen en die niet reageert met gewone materie. Al die speurtochten hebben nog niets opgeleverd. Waarom maak je niet gebruik van een nog véél grotere en zwaardere detector, eentje van het formaat… Jupiter? Met dat idee kwamen recent Carlos Blanco en Rebecca K. Leane (Princeton University resp. Stockholm University). Door z’n massa zou Jupiter gemakkelijk deeltjes donkere materie kunnen aantrekken – de zwaartekracht is de enige kracht waar donkere materie wel op reageert – en die deeltjes zouden dan in theorie met elkaar kunnen botsen, annihileren zoals dat heet. Daarbij zouden ze dan over kunnen gaan in waterstof ionen (H3+) en die zenden weer infraroodstraling uit, die zichtbaar is.

Credit: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane

Probleem is dat H3+ ook door andere processen kan worden geproduceerd en wel door het noorderlicht bij de polen van Jupiter én door de extreem sterke UV-straling van de zon aan de door de zon beschenen kant. Om die andere bronnen weg te filteren hebben Blanco en Leane gekeken naar IR-straling afkomstig van de gebieden in de buurt van de evenaar van Jupiter aan diens nachtkant (zie de figuur hierboven). Met de Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) aan boord van NASA’s Cassini ruimteverkenner is gekeken naar de emissie van H3+, maar uit de gegevens komt niet naar voren dat die uit het desbetreffende gebied op Jupiter komen. Het zou kunnen dat VIMS niet in staat was het IR-signaal van H3+ uit dat gebied te meten. Op basis hiervan hebben ze berekend hoe sterk het signaal van H3+ dan wel zou moeten zijn om wel gedetecteerd te kunnen worden, iets dat ook afhangt van de massa van de deeltjes donkere materie (zie de grafiek hieronder).

Credit: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane

Dit hebben ze niet alleen gedaan voor Jupiter, maar ook voor de zogeheten super-Jupiters, dat zijn extreem grote exoplaneten die gevonden zijn in de Melkweg. Vanwege de afstand is het niet mogelijk onderscheid te maken tussen H3+ afkomstig van noorderlicht en van de equatoriale gebieden op die planeten, maar vanwege de grote massa zou het H3+ signaal van annihilerende donkere materie groter kunnen zijn dan het H3+ signaal van het noorderlicht.

Meer hierover is te lezen in het vakartikel van Carlos Blanco and Rebecca K. Leane, Search for dark matter ionization on the night side of Jupiter with Cassini, te publiceren in Physical Review Letters.

Bron: Astrobites.

Share

Speak Your Mind

*