Ieder van ons heeft wel eens gehoord van "donkere materie", maar niet iedereen kan correct uitleggen wat het is. Misschien is deze uitleg niet nodig, omdat het laatste onderzoek vraagtekens plaatst bij het bestaan van "donkere materie" als zodanig.
GALACTISCHE ANOMALIE
De hypothese van de "donkere materie" is ontstaan in een poging om de aard van de door astronomen waargenomen anomalie te begrijpen.
In 1922 kwam de Nederlander Jacobus Kaptein, die de beweging van sterren bestudeerde, tot de conclusie dat een aanzienlijk deel van de materie in de Melkweg onzichtbaar is - in zijn werk werd waarschijnlijk de term "donkere materie" voor het eerst gebruikt. Tien jaar later werd de hypothese ondersteund door radioastronoom Jan Oort, maar hij raakte een jaar later wijdverspreid, toen de Zwitserse astrofysicus Fritz Zwicky de radiale snelheden berekende van acht sterrenstelsels aan de rand van de Comacluster (Coma-constellatie), en de verkregen gegevens vergeleek met soortgelijke, maar berekend met gebruikmakend van de schijnbare helderheid van het cluster. Hij ontdekte dat om de stabiliteit te behouden, de totale massa van de cluster vierhonderd keer groter moet zijn dan de massa van zijn sterren. Op basis hiervan suggereerde Zwicky dat er een aanzienlijk aanbod van materie in het cluster is, dat voor ons onzichtbaar blijft,maar heeft het sterkste zwaartekrachteffect op sterrenstelsels. Zwicky maakte een fout in de berekeningen in de orde van grootte, maar zorgvuldiger metingen bevestigden: de massa van de Coma-cluster, indien berekend op twee verschillende manieren, convergeert niet significant in het resultaat!
Voordat echter generalisaties konden worden gemaakt, moest worden aangetoond dat een dergelijk effect wijdverspreid is in de voorzienbare ruimte. In 1939 ontdekte de Amerikaanse astronoom Hores Babok, die het dichtstbijzijnde melkwegstelsel M 31 (de Andromedanevel) bestudeerde, dat de rotatiesnelheid van sterren rond het centrum niet afneemt, zoals voorspeld door de hemelmechanica, omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand, maar vrijwel constant blijft. Dit betekent dat het sterrenstelsel over zijn gehele lengte een aanzienlijke massa onzichtbare materie bevat. Babok bracht de anomalie echter niet in verband met een onbegrijpelijke "donkere materie", maar suggereerde dat er in het buitenste deel van M 31 enkele processen plaatsvinden die de dynamiek ervan veranderen.
DONKERDER DONKER
Promotie video:
Astronomen keerden terug naar de hypothese van "donkere materie" in de jaren zestig, toen nieuwe nauwkeurige instrumenten voor het bestuderen van het heelal verschenen. En in 1975 spraken Vera Rubin en Kent Ford op een conferentie van de American Astronomical Society, die zeiden dat ze erin waren geslaagd betrouwbare gegevens te verkrijgen die erop duiden dat de theorie van massaverdeling in sterrenstelsels en de waargenomen realiteit aanzienlijk niet overeenkomen. Wetenschappers gebruikten de modernste spectrograaf, die het mogelijk maakte om de rotatiesnelheid van de takken van spiraalstelsels te bepalen, zelfs 'vanaf de rand bekeken'. En ze ontdekten dat de overgrote meerderheid van sterren in sterrenstelsels in hun banen met dezelfde hoeksnelheid bewegen, wat de ongelooflijke aanname bevestigt: de massadichtheid in sterrenstelsels is gelijkmatig verdeeld. Na nog eens drie jaar werden de waarnemingen onafhankelijk bevestigd.en in 1980 erkende de astronomische gemeenschap eindelijk de geldigheid van de conclusies. Tegelijkertijd stelde Rubin vast dat, wil de theorie consistent zijn met de praktijk, sterrenstelsels een hoeveelheid onzichtbare materie moeten bevatten die zes keer groter is dan die we door telescopen kunnen zien.
Tegelijkertijd begon ander bewijs binnen te komen. Ten eerste onthulde de studie van beweging in systemen van dubbele melkwegstelsels de kolossale invloed van "donkere materie", die duidelijk de klassieke wetten van de hemelmechanica schendt. Ten tweede zouden elliptische sterrenstelsels zonder de aanwezigheid van "donkere materie" snel hun hete gas verliezen, wat niet wordt waargenomen. Ten derde buigt "donkere materie" zelf het licht, wat wordt onthuld door het effect van gravitatielenzen.
Tegenwoordig wordt algemeen aangenomen dat het aandeel van "donkere materie" 84,5% is van alle materie in het universum.
OP ZOEK NAAR HET ONBEKENDE
Het idee van “donkere materie” bleek in trek bij kosmologen toen ze de inhomogeniteit in de relictstraling (kosmische microgolfachtergrond), voorspeld door de theorie van de oorsprong van het heelal, niet konden detecteren en daardoor het verschijnen van galactische structuren konden verklaren. De introductie van enkele deeltjes in het model, die bijna geen interactie hebben met gewone materie, maar erg zwaar zijn, maakte het mogelijk om de moeilijkheid te omzeilen. Begin jaren negentig werd echter de inhomogeniteit van de relictstraling onthuld met behulp van het orbitale observatorium COBE. Het leek erop dat de vraag gesloten was, maar 'donkere materie' heeft wetenschappers al zo gefascineerd dat ze het niet lieten varen, maar integendeel op zoek gingen naar een 'drager' op subatomair niveau.
Het probleem is dat "donkere materie" geen interactie heeft met elektromagnetische straling (inclusief zichtbaar licht), dus het kan niet worden gedetecteerd met traditionele methoden. Erger nog, de studie van de beweging van vierhonderd sterren binnen een straal van 13.000 lichtjaar van de zon liet geen enkele invloed van "donkere materie" zien, en wetenschappers moesten concluderen dat het verwaarloosbaar is in ons gebied van de ruimte (ongeveer 500 gram). op het volume van de wereldbol), dat wil zeggen, het registreren van een deeltje van een dergelijke stof is ongelooflijk moeilijk, zo niet onmogelijk. Natuurkundigen probeerden het probleem theoretisch op te lossen door de parameters van een hypothetische stof te definiëren op basis van het standaardmodel van elementaire deeltjes. Neutrino's (maar ze zijn te licht) en hypothetische deeltjes zoals axions, kosmonen, gravitonen, geijino's, watjes, werden als kandidaten beschouwd.magnetische monopolen, etc. De waargenomen verdeling van "donkere materie" in de ruimte roept ook vragen op: als het immers door de zwaartekracht in wisselwerking staat met gewone materie, dan zou het op dezelfde manier naar de centra van sterrenstelsels moeten worden getrokken als gewone materie, maar dit gebeurt niet.
Het is duidelijk dat de eigenaardigheden in het gedrag van 'donkere materie' instinctief protest veroorzaken van een aantal natuurkundigen, dus weigeren ze het bestaan ervan te erkennen en verklaren ze de anomalieën in de verdeling van galactische massa's op andere manieren. Zo gelooft de eerder genoemde Vera Rubin dat het verstandiger is om klassieke theorieën te verfijnen dan een fundamenteel nieuwe klasse van subatomaire deeltjes in het model te introduceren. Ze is een voorstander van Modified Newtonian Dynamics (MOND), voorgesteld door Mordechai Milgrom in 1983 en nog steeds marginaal.
Het lijkt er echter op dat het laatste onderzoek de wetenschappelijke wereld binnenkort zal dwingen haar houding ten opzichte van "donkere materie" te heroverwegen. Een groep natuurkundigen van de University of Case Western Reserve (Cleveland, Ohio) publiceerde op 19 september 2016 een artikel waarin de resultaten van waarnemingen van 153 sterrenstelsels met behulp van de Spitzer-infraroodtelescoop worden geanalyseerd, en zowel spiraalstelsels zoals de onze als sterrenstelsels met een onregelmatige vorm vielen in het gezichtsveld., en gigantische sterrenstelsels en dwergstelsels. De studie werd uitgevoerd om de mate van invloed van "donkere materie" op de rotatie van sterren te verduidelijken. En plotseling bleek dat er helemaal geen invloed was, en de bekende anomalieën werden perfect verklaard door de verdeling van normale materie.
De auteurs van de ontdekking suggereren dat hun resultaten fundamenteel in strijd zijn met eerdere, omdat voor het eerst afbeeldingen in het infraroodbereik werden gebruikt om de massa van verre astronomische objecten te schatten, en niet in zichtbaar licht. Veel van deze objecten zien er erg zwak uit, wat waarschijnlijk heeft geleid tot fouten bij het berekenen van hun werkelijke massa.
Als de gegevens worden bevestigd, kan het kosmologische model, dat is gebaseerd op de hypothese van het bestaan van "donkere materie", veilig worden verworpen, en zelfs zonder de klassieke fysica te herzien.
Anton Pervushin