Over donkere energie, dark matter.

Begin jaren negentig was één ding vrij zeker over de uitdijing van het heelal. Het zou misschien genoeg energiedichtheid hebben om zijn uitdijing te stoppen en opnieuw in te storten, het zou zo weinig energiedichtheid kunnen hebben dat het nooit zou stoppen met uitdijen, maar de zwaartekracht zou de uitdijing zeker vertragen naarmate de tijd verstreek. Toegegeven, de vertraging was niet waargenomen, maar theoretisch moest het universum vertragen. Het universum zit vol met materie en de aantrekkingskracht van de zwaartekracht trekt alle materie samen. Toen kwam 1998 en de Hubble Space Telescope (HST)-waarnemingen van zeer verre supernova’s die aantoonden dat het heelal lang geleden in feite langzamer uitdijde dan nu het geval is. Dus de uitdijing van het heelal is niet vertraagd door de zwaartekracht, zoals iedereen dacht, het is aan het versnellen. Niemand had dit verwacht, niemand wist hoe hij het moest uitleggen.

Uiteindelijk kwamen theoretici met drie soorten verklaringen. Misschien was het het resultaat van een lang verworpen versie van Einsteins zwaartekrachttheorie, een versie die een zogenaamde ‘kosmologische constante’ bevatte. Misschien was er een vreemd soort energievloeistof die de ruimte vulde. Misschien is er iets mis met Einsteins zwaartekrachtstheorie en zou een nieuwe theorie een soort veld kunnen bevatten dat deze kosmische versnelling creëert. Theoretici weten nog steeds niet wat de juiste verklaring is, maar ze hebben de oplossing een naam gegeven. Het wordt donkere energie genoemd.

Wat is donkere energie?

Er is meer onbekend dan bekend. We weten hoeveel donkere energie er is omdat we weten hoe het de uitdijing van het heelal beïnvloedt. Verder is het een compleet mysterie. Maar het is een belangrijk mysterie. Het blijkt dat ongeveer 68% van het heelal uit donkere energie bestaat. Donkere materie maakt ongeveer 27% uit. De rest – alles op aarde, alles wat ooit met al onze instrumenten is waargenomen, alle normale materie – is samen minder dan 5% van het universum. Nu ik erover nadenk, zou het misschien helemaal geen “normale” materie moeten worden genoemd, omdat het zo’n klein deel van het universum is.

Veranderingen in de expansiesnelheid in de tijd

Universum Dark Energy-1 Uitdijend UniversumDit diagram toont veranderingen in de uitdijingssnelheid sinds de geboorte van het heelal, 15 miljard jaar geleden. Hoe ondieper de curve, hoe sneller de expansiesnelheid. De curve verandert merkbaar ongeveer 7,5 miljard jaar geleden, toen objecten in het universum sneller uit elkaar begonnen te vliegen. Astronomen theoretiseren dat de snellere expansiesnelheid te wijten is aan een mysterieuze, donkere kracht die sterrenstelsels uit elkaar trekt.Krediet: NASA/STSci/Ann Feild


Een verklaring voor donkere energie is dat het een eigenschap van de ruimte is. Albert Einstein was de eerste die zich realiseerde dat lege ruimte niet niets is. De ruimte heeft verbazingwekkende eigenschappen, waarvan er vele net beginnen te worden begrepen. De eerste eigenschap die Einstein ontdekte, is dat er meer ruimte kan ontstaan. Dan een versie van Einsteins zwaartekrachttheorie, de versie die een kosmologische constante bevat, doet een tweede voorspelling: “lege ruimte” kan zijn eigen energie bezitten. Omdat deze energie een eigenschap van de ruimte zelf is, zou deze niet worden verdund als de ruimte uitbreidt. Naarmate er meer ruimte ontstaat, zou er meer van deze energie-van-ruimte verschijnen. Als gevolg hiervan zou deze vorm van energie ervoor zorgen dat het universum steeds sneller uitdijt. Helaas begrijpt niemand waarom de kosmologische constante er zelfs zou moeten zijn, laat staan ​​waarom deze precies de juiste waarde zou hebben om de waargenomen versnelling van het universum te veroorzaken. 

Kern van donkere materie tart elke verklaring

Kern van donkere materie tart elke verklaring Deze afbeelding toont de verdeling van donkere materie, sterrenstelsels en heet gas in de kern van de fuserende cluster van sterrenstelsels Abell 520. Het resultaat zou een uitdaging kunnen vormen voor basistheorieën over donkere materie.


Een andere verklaring voor hoe de ruimte energie verwerft, komt uit de kwantumtheorie van materie. In deze theorie is “lege ruimte” eigenlijk vol met tijdelijke (“virtuele”) deeltjes die zich voortdurend vormen en vervolgens verdwijnen. Maar toen natuurkundigen probeerden te berekenen hoeveel energie dit lege ruimte zou opleveren, kwam het antwoord fout – heel veel fout. Het getal kwam 10 120 keer te groot uit. Dat is een 1 met 120 nullen erachter. Het is moeilijk om zo’n slecht antwoord te krijgen. Dus het mysterie gaat verder.

Een andere verklaring voor donkere energie is dat het een nieuw soort dynamische energievloeistof of -veld is, iets dat de hele ruimte vult, maar iets waarvan het effect op de uitdijing van het universum het tegenovergestelde is van dat van materie en normale energie. Sommige theoretici hebben deze ‘kwintessens’ genoemd naar het vijfde element van de Griekse filosofen. Maar als kwintessens het antwoord is, weten we nog steeds niet hoe het is, waar het mee in wisselwerking staat of waarom het bestaat. Dus het mysterie gaat verder.

Een laatste mogelijkheid is dat Einsteins zwaartekrachttheorie niet klopt. Dat zou niet alleen de uitdijing van het heelal beïnvloeden, maar ook de manier waarop normale materie in sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels zich gedraagt. Dit feit zou een manier zijn om te beslissen of de oplossing voor het probleem van donkere energie een nieuwe zwaartekrachttheorie is of niet: we zouden kunnen observeren hoe sterrenstelsels samenkomen in clusters. Maar als blijkt dat er een nieuwe zwaartekrachttheorie nodig is, wat voor soort theorie zou dat dan zijn? Hoe zou het de beweging van de lichamen in het zonnestelsel correct kunnen beschrijven, zoals bekend is van de theorie van Einstein, en ons toch de andere voorspelling voor het universum geven die we nodig hebben? Er zijn kandidaat-theorieën, maar geen enkele is overtuigend. Dus het mysterie gaat verder.

Wat nodig is om te kiezen tussen mogelijkheden voor donkere energie – een eigenschap van de ruimte, een nieuwe dynamische vloeistof of een nieuwe zwaartekrachttheorie – zijn meer gegevens, betere gegevens.

Wat is donkere materie?

Door een theoretisch model van de samenstelling van het heelal aan te passen aan de gecombineerde set van kosmologische waarnemingen, hebben wetenschappers de samenstelling bedacht die we hierboven beschreven, ~68% donkere energie, ~27% donkere materie, ~5% normale materie. Wat is donkere materie?

We zijn veel zekerder van wat donkere materie niet is dan dat we zijn wat het is. Ten eerste is het donker, wat betekent dat het niet in de vorm van sterren en planeten is die we zien. Waarnemingen laten zien dat er veel te weinig zichtbare materie in het heelal is om de 27% die nodig is voor de waarnemingen goed te maken. Ten tweede is het niet in de vorm van donkere wolken van normale materie, materie die bestaat uit deeltjes die baryonen worden genoemd. We weten dit omdat we baryonische wolken zouden kunnen detecteren door hun absorptie van straling die er doorheen gaat. Ten derde is donkere materie geen antimaterie, omdat we niet de unieke gammastralen zien die worden geproduceerd wanneer antimaterie met materie vernietigt. Ten slotte kunnen we grote zwarte gaten ter grootte van een melkwegstelsel uitsluiten op basis van het aantal zwaartekrachtlenzen dat we zien. Hoge concentraties materie buigen licht dat er dichtbij komt van verder weg gelegen objecten,

a2744.jpg

Abell 2744: Pandora’s Cluster onthuld Een van de meest gecompliceerde en dramatische botsingen tussen clusters van sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, is vastgelegd in deze nieuwe composietafbeelding van Abell 2744. Het blauw toont een kaart van de totale massaconcentratie (voornamelijk donkere materie).


Op dit moment zijn er echter nog een paar mogelijkheden voor donkere materie die haalbaar zijn. Baryonische materie zou nog steeds de donkere materie kunnen vormen als het allemaal was vastgebonden in bruine dwergen of in kleine, dichte brokken zware elementen. Deze mogelijkheden staan ​​bekend als massieve compacte halo-objecten of ” MAHO’s “. Maar de meest voorkomende opvatting is dat donkere materie helemaal niet baryonisch is, maar bestaat uit andere, meer exotische deeltjes zoals axions of WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles) .

NGC 1052-DF2

D ark Matter verdwijnt in Oddball Galaxy Onderzoekers waren verrast toen ze het sterrenstelsel NGC 1052-DF2 ontdekten, dat de meeste, zo niet alle, donkere materie mist.

(Een publicatie van NASA)

Geef een reactie

Scroll naar top
%d bloggers liken dit: