📰 Wetenschappers nemen voor het eerst donkere materie waar

[R_Bena]

https://www.nu.nl/wetenschap/6377317/we ... nomen.html

Sterrenkundigen denken voor het eerst aanwijzingen te hebben gevonden voor donkere materie. Sporen van deze onzichtbare maar invloedrijke stof lijken aanwezig te zijn rond onze eigen Melkweg. Als die waarnemingen juist blijken, zou dat volgens de onderzoekers tot de meest baanbrekende ontdekkingen aller tijden behoren.

[HansH]

hm, 'nemen voor het eerst waar' is toch wel iets anders dan 'denken voor het eerst aanwijzingen te hebben gevonden voor'

[wnvl1]

Wat is eigenlijk het criterium om vast te stellen dat je 'donkere materie' hebt waargenomen?

[Jan- gyro]

Ach, net zoiets als "de eerste 'foto' van een zwart gat".

[flappelap]

Wat is eigenlijk het criterium om vast te stellen dat je 'donkere materie' hebt waargenomen?

Iets donkerder dan een roetveegpiet.

[wnvl1]

Maar wel massiever.

[HansH]

Ach, net zoiets als "de eerste 'foto' van een zwart gat".

Dat zijn toch echt gemeten helderheden als functie van de positie? ok het is samengwesteld beeld uit combinatie van veel waarnemingen. maar blijven wel echte waarnemingen. dus toch wat anders dan bij donkere materie.

[wnvl1]

Vraag was bedoeld als: Zijn er tegenwoordig niet al voldoende aanwijzingen om donkere materie als daadwerkelijk waargenomen te beschouwen, en wat zoekt men precies nog om het bewijs onomstotelijk te maken?


-----------------------------------
De vijf meest overtuigende waarnemingen van donkere materie zijn als volgt:

1. Rotatiecurves van sterrenstelsels: Astronomen hebben gemeten dat sterren in de buitenste randen van spiraalstelsels veel sneller bewegen dan verwacht op basis van de massa van zichtbare sterren en gas. Dit betekent dat er extra massa aanwezig moet zijn die niet zichtbaar is, omdat de zwaartekracht van alleen de zichtbare materie onvoldoende is om de sterren in hun banen te houden.

2. Dynamica van clusters van sterrenstelsels: In grote clusters van sterrenstelsels, zoals het Coma Cluster, bewegen sterren en gas sneller dan de zwaartekracht van de zichtbare materie alleen kan verklaren. Om de cluster bij elkaar te houden, moet er dus veel extra, onzichtbare massa aanwezig zijn, wat wijst op donkere materie.

3. Gravitational lensing: Licht van verre sterrenstelsels wordt afgebogen door de zwaartekracht van massa op de voorgrond. Soms is deze kromming veel sterker dan kan worden verklaard door alleen zichtbare materie. Dit fenomeen, bijvoorbeeld waargenomen bij de Bullet Cluster, laat zien dat er extra massa aanwezig is in de vorm van donkere materie.

4. Kosmische microgolf-achtergrond (CMB): De kosmische achtergrondstraling vertoont kleine temperatuurfluctuaties die afkomstig zijn uit het vroege universum. De verdeling en amplitude van deze fluctuaties kunnen alleen worden verklaard als er veel meer materie aanwezig is dan alleen gewone materie, wat aangeeft dat donkere materie een belangrijke rol speelde bij de vorming van structuren in het universum.

5. Groot-schalige structuur van het universum: Observaties laten zien dat sterrenstelsels en clusters zich organiseren in filamenten, clusters en lege ruimtes op een manier die niet verklaard kan worden zonder extra massa. Computersimulaties tonen dat alleen universums met donkere materie structuren kunnen vormen die overeenkomen met wat wij daadwerkelijk waarnemen.

Kortom, donkere materie wordt als waargenomen beschouwd wanneer al deze onafhankelijke waarnemingen samen een consistent beeld geven dat er veel meer massa aanwezig is dan zichtbaar, en dat deze massa uitsluitend via zijn zwaartekrachteffecten kan worden afgeleid.

[HansH]

Kortom, donkere materie wordt als waargenomen beschouwd wanneer al deze onafhankelijke waarnemingen samen een consistent beeld geven dat er veel meer massa aanwezig is dan zichtbaar, en dat deze massa uitsluitend via zijn zwaartekrachteffecten kan worden afgeleid.

Dat er diverse theorieen zijn over wat donkere materie doet en mooi gebruikt kan worden om wat we anders niet begrijpen passend te maken. Dat is allemaal wel al duidelijk, maar het punt is voor mij nog steeds dat waarnemen iets compleet anders is dan indirect afleiden uit eigenschappen. Dus vooral indirect versus direct is voor mij dan het punt.

[wnvl1]

Dan is mijn vraag: "Wat betekent 'direct waarnemen' in geval van donkere materie?"

[HansH]

Dat vraag ik me dus ook af, immers het is blijkbaar geen materie in een vorm zoals we die kennen. dus als je niet eens weet hoe iets eruit ziet, hoe kun je het dan direct waarnemen?

[wnvl1]

Wat er allemaal mogelijjk is met betrekking tot de detectie van donkere materie is dan ook een vraag die niemand met zekerheid kan beantwoorden met de kennis van vandaag.

----------------

‘Direct waarnemen’ van donkere materie betekent dat je donkere materie zelf kunt zien of meten via een signaal dat direct door de donkere-materiedeeltjes wordt uitgezonden of veroorzaakt. Voor zover we nu weten is dat echter niet mogelijk. Donkere materie reageert namelijk niet met licht of andere elektromagnetische straling, waardoor ze niet zichtbaar is met telescopen. Alles wat we tot nu toe over donkere materie weten, komt uitsluitend voort uit indirecte waarnemingen van de zwaartekrachtseffecten die ze heeft op sterren, sterrenstelsels en de structuur van het heelal.

In de context van deeltjesfysica betekent ‘directe detectie’ iets anders. Dan gaat het om het registreren van een botsing tussen een donker-materiedeeltje en een atoomkern in een gevoelige detector, bijvoorbeeld in grote ondergrondse experimenten zoals Xenon1T of LZ. In theorie is deze vorm van directe detectie mogelijk, maar tot op heden is er nog nooit een onomstotelijk signaal gevonden. Alle meetresultaten blijken achteraf te verklaren te zijn als achtergrondruis of andere bekende processen.

Indirecte waarnemingen blijven daarom de enige manier waarop wij donkere materie kunnen detecteren. We zien niet de materie zelf, maar we zien wel de invloed die ze uitoefent op sterrenstelsels, op het buigen van licht via zwaartekracht, en op de verdeling van materie in het vroege heelal. Of directe waarneming ooit mogelijk zal zijn, hangt af van de vraag wat donkere materie precies is. Als donkere materie uit deeltjes zoals WIMPs of axionen bestaat, kunnen toekomstige detectoren wellicht rechtstreeks een botsing registreren. Als donkere materie echter een andere vorm heeft, zoals steriele neutrino’s of zelfs mini-zwarte gaten, dan kan directe detectie veel moeilijker of zelfs onmogelijk blijken.

[HansH]

Kans is groot dat donkere materie feitelijk een lijm middel om tekortkomingen in ons begrip hoe bv zwaartekracht zich op grote schaal gedraagt te compenseren. of andere effecten die we nog niet goed begrijpen. Appels met peren compenseren dus.

[wnvl1]

Het bijzondere is wel dat het model van donkere materie volledig past binnen de ART. Donkere materie is geen aanpassing van de zwaartekracht, maar vormt een extra bron van massa en energie in de veldvergelijkingen van Einstein. In deze vergelijkingen wordt alle materie en energie samengevat in de energiemomentumtensor, en donkere materie kan daarin eenvoudig worden opgenomen als een vorm van traag bewegende, niet-elektrisch geladen en vrijwel drukloze stof. De structuur van de theorie zelf hoeft daardoor niet te worden aangepast.
Er bestaan alternatieve theorieën die proberen de waargenomen effecten zonder donkere materie te verklaren door de zwaartekracht zelf te wijzigen, zoals MOND, TeVeS of bepaalde aangepaste zwaartekrachtmodellen. Hoewel sommige van deze theorieën bepaalde verschijnselen redelijk beschrijven, slagen zij er over het algemeen niet in om alle observaties tegelijk te verklaren, vooral niet op de schaal van clusters en in de kosmologie.

[Gast]

Ja, ΛCDM wint het overduidelijk van MOND e.d. en Verlinde’s emergent gravity trouwens die toch redelijk goed overeenkomt ook met gravitational lensing. Maar allemaal idd falen op cluster niveau. M.n. de bullet cluster als ultieme test als het ware.

Toch is men niet voor niets hoopvol over deze nieuwe (indirecte) waarneming. Zo zeker is men ook alweer niet namelijk. Bijvoorbeeld door dit soort nieuws (wat minder spectaculair is):

https://youtu.be/AagyRrIm2W0?si=zisZO_FL47Wq6Ttw

En er zijn niet voor niets best veel fycisi die niet in donkere materie geloven.

De kans dat we volledig fout zitten met donkere materie is heel klein, denk ik. Maar de kans dat het plaatje ervan niet helemaal klopt is juist best reëel, en daarom ook maar wat in het donker tasten. Je kunt DM net zo goed vervangen door "iets .. alleen geen Zwarte Piet deeltjes".

Er is zoveel wat we nooit kunnen weten in die "nanoseconde" van observeren denk ik wel eens.