science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe donkere materie werkt

Je kijkt naar misschien wel een van de beste kaarten van donkere materie die we hebben. Astronomen kleurden de concentraties van donkere materie in de gigantische cluster van sterrenstelsels Abell 1689 blauw. Ze ontdekten de locatie van die concentraties door zwaartekrachtlenzen te gebruiken. Afbeelding met dank aan NASA, ESA, en D. Coe (NASA JPL/Caltech en STScI)

In het vervolgalbum uit 1978 van "Born to Run, Bruce Springsteen gebruikt duisternis aan de rand van de stad als metafoor voor het desolate onbekende waarmee we allemaal worden geconfronteerd als we opgroeien en proberen de wereld te begrijpen.

Kosmologen die werken aan het ontcijferen van de oorsprong en het lot van het universum, moeten zich volledig identificeren met het tragische verlangen van The Boss. Deze sterrenkijkende wetenschappers worden al heel lang geconfronteerd met hun eigen duisternis aan de rand van de stad (of aan de rand van sterrenstelsels) terwijl ze proberen een van de grootste mysteries van de astronomie te verklaren. Het staat bekend als donkere materie , die zelf een tijdelijke aanduiding is - zoals de x of y die in de algebraklasse wordt gebruikt - voor iets onbekends en tot nu toe ongezien. Op een dag, het zal genieten van een nieuwe naam, maar vandaag zitten we opgescheept met het tijdelijke label en zijn connotaties van schimmige onzekerheid.

Alleen omdat wetenschappers niet weten hoe ze donkere materie moeten noemen, wil nog niet zeggen dat ze er niets van weten. Zij weten, bijvoorbeeld, dat donkere materie zich anders gedraagt ​​dan "normale" materie, zoals sterrenstelsels, sterren, planeten, asteroïden en alle levende en niet-levende dingen op aarde. Astronomen classificeren al deze dingen als: baryonische materie , en ze weten dat de meest fundamentele eenheid het atoom is, die zelf is samengesteld uit nog kleinere subatomaire deeltjes, zoals protonen, neutronen en elektronen.

In tegenstelling tot baryonische materie, donkere materie zendt noch absorbeert licht of andere vormen van elektromagnetische energie. Astronomen weten dat het bestaat omdat iets in het universum aanzienlijke zwaartekracht uitoefent op dingen die we kunnen zien. Als ze de effecten van deze zwaartekracht meten, wetenschappers schatten dat donkere materie 23 procent van het heelal uitmaakt. Baryonische materie is goed voor slechts 4,6 procent. En een ander kosmisch mysterie dat bekend staat als donkere energie, vormt de rest - maar liefst 72 procent [bron:NASA/WMAP]!

Dus wat is donkere materie? Waar kwam het vandaan? Waar is het nu? Hoe bestuderen wetenschappers het spul als ze het niet kunnen zien? En wat hopen ze te winnen met het oplossen van de puzzel? Is donkere materie het geheim om het standaardmodel van de deeltjesfysica te stollen, of zal het fundamenteel veranderen hoe we de wereld om ons heen zien en begrijpen? Zoveel vragen die beantwoord moeten worden. We beginnen bij het begin - volgende.

Inhoud
  1. Bewijs voor donkere materie:het begin
  2. Bewijs voor donkere materie:nieuwe ontdekkingen
  3. Donkere materie in kaart brengen
  4. Deeltjes donkere materie identificeren
  5. Alternatieven voor donkere materie
  6. Donkere materie en het lot van het heelal

Bewijs voor donkere materie:het begin

Astronomen zijn al eeuwen gefascineerd door sterrenstelsels. Eerst kwam het besef dat ons zonnestelsel ingebakerd lag in de armen van een enorm lichaam van sterren. Toen kwam het bewijs dat er andere sterrenstelsels buiten de Melkweg bestonden. Tegen de jaren 1920, wetenschappers zoals Edwin Hubble catalogiseerden duizenden 'eilanduniversums' en registreerden informatie over hun grootte, rotaties en afstanden van de aarde.

Een belangrijk aspect dat astronomen hoopten te meten, was de massa van een sterrenstelsel. Maar je kunt niet zomaar iets wegen ter grootte van een melkwegstelsel - je moet zijn massa op andere manieren vinden. Een methode is het meten van de lichtintensiteit, of helderheid. Hoe helderder een sterrenstelsel, hoe meer massa het bezit (zie Hoe sterren werken). Een andere benadering is om de rotatie van het lichaam van een melkwegstelsel te berekenen, of schijf, door bij te houden hoe snel sterren in de melkweg rond het centrum bewegen. Variaties in rotatiesnelheid moeten gebieden met verschillende zwaartekracht en dus massa aangeven.

Toen astronomen in de jaren vijftig en zestig de rotaties van spiraalstelsels begonnen te meten, deden ze een raadselachtige ontdekking. Ze verwachtten sterren te zien in de buurt van het centrum van een melkwegstelsel, waar de zichtbare materie meer geconcentreerd is, sneller bewegen dan sterren aan de rand. Wat ze in plaats daarvan zagen, was dat sterren aan de rand van een melkwegstelsel dezelfde rotatiesnelheid hadden als sterren nabij het centrum. Astronomen hebben dit voor het eerst waargenomen met de Melkweg, en dan, In de jaren zeventig, Vera Rubin bevestigde het fenomeen toen ze gedetailleerde kwantitatieve metingen deed van sterren in verschillende andere sterrenstelsels, inclusief Andromeda (M31).

De implicatie van al deze resultaten wees op twee mogelijkheden:er was iets fundamenteel mis met ons begrip van zwaartekracht en rotatie, wat onwaarschijnlijk leek, aangezien de wetten van Newton eeuwenlang vele tests hadden doorstaan. Of, waarschijnlijker, sterrenstelsels en galactische clusters moeten een onzichtbare vorm van materie bevatten - hallo, donkere materie - verantwoordelijk voor de waargenomen zwaartekrachtseffecten. Terwijl astronomen hun aandacht richtten op donkere materie, ze begonnen aanvullend bewijs van het bestaan ​​ervan te verzamelen.

Pioniers van de donkere materie

Het concept van donkere materie is niet ontstaan ​​bij Vera Rubin. 1932, de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort merkte op dat sterren in onze galactische omgeving sneller bewogen dan berekeningen voorspelden. Hij gebruikte de term "donkere materie" om de niet-geïdentificeerde massa te beschrijven die nodig is om deze snelheidstoename te veroorzaken. Een jaar later, Fritz Zwicky begon sterrenstelsels in het Coma-cluster te bestuderen. Met behulp van helderheidsmetingen, hij bepaalde hoeveel massa er in het cluster moest zijn en dan, omdat massa en zwaartekracht gerelateerd zijn, berekend hoe snel de sterrenstelsels zouden moeten bewegen. Toen hij hun werkelijke snelheden mat, echter, hij ontdekte dat de sterrenstelsels veel bewogen, veel sneller dan hij had verwacht. Om de discrepantie te verklaren, Zwicky suggereerde dat er meer massa - twee orden van grootte meer - verborgen lag tussen de zichtbare materie. Net als Oort, Zwicky noemde dit onzichtbare spul donkere materie [bron:SuperCDMS van Queen's University].

Bewijs voor donkere materie:nieuwe ontdekkingen

Het is een dubbele Einstein-ring! Hubble maakte de foto van het zwaartekrachtsveld van een elliptisch sterrenstelsel dat het licht van twee sterrenstelsels precies erachter vervormt. Bedankt, Hubble. Afbeelding met dank aan NASA, ESA, en R. Gavazzi en T. Treu (Universiteit van Californië, Santa Barbara)

Astronomen bleven raadselachtige informatie vinden terwijl ze de verafgelegen sterrenstelsels van het universum bestudeerden. Een paar onverschrokken sterrenkijkers richtten hun aandacht op galactische clusters – knopen van sterrenstelsels (zo weinig als 50 en wel duizenden) samengebonden door de zwaartekracht – in de hoop poelen van heet gas te vinden die voorheen onopgemerkt waren gebleven en die de massa zouden kunnen verklaren die wordt toegeschreven aan donkere materie.

Toen ze röntgentelescopen draaiden, zoals het Chandra X-ray Observatory, in de richting van deze clusters, ze vonden inderdaad enorme wolken van oververhit gas. Niet genoeg, echter, om de verschillen in massa te verklaren. De meting van de druk van heet gas in galactische clusters heeft aangetoond dat er ongeveer vijf tot zes keer zoveel donkere materie moet zijn als alle sterren en gas die we waarnemen [bron:Chandra X-ray Observatory]. Anders, er zou niet voldoende zwaartekracht in het cluster zijn om te voorkomen dat het hete gas ontsnapt.

Galactische clusters hebben andere aanwijzingen over donkere materie opgeleverd. Gelet op de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, astronomen hebben aangetoond dat clusters en superclusters de ruimte-tijd kunnen vervormen met hun immense massa. Lichtstralen afkomstig van een ver object achter een cluster gaan door de vervormde ruimte-tijd, waardoor de stralen buigen en convergeren als ze naar een waarnemer bewegen. Daarom, de cluster fungeert als een grote zwaartekrachtlens, net als een optische lens (zie Hoe licht werkt).

Het vervormde beeld van het verre object kan op drie mogelijke manieren verschijnen, afhankelijk van de vorm van de lens:

  1. Ring - afbeelding verschijnt als een gedeeltelijke of volledige lichtcirkel die bekend staat als een Einstein-ring. Dit gebeurt wanneer een ver object, lensstelsel en waarnemer/telescoop zijn perfect uitgelijnd. Het is een soort kosmische roos.
  2. Langwerpig of elliptisch - afbeelding wordt opgesplitst in vier afbeeldingen en verschijnt als een kruis dat bekend staat als an Einstein kruis .
  3. TROS – afbeelding verschijnt als een reeks banaanvormige bogen en boogjes.

Door de buighoek te meten, astronomen kunnen de massa van de zwaartekrachtlens berekenen (hoe groter de buiging, hoe massiever de lens). Met behulp van deze methode, astronomen hebben bevestigd dat galactische clusters inderdaad een hoge massa hebben die groter is dan die gemeten door lichtgevende materie en, als resultaat, hebben aanvullend bewijs van donkere materie geleverd.

Chandra aan de redding

In 2000, Chandra observeerde een gigantische wolk van heet gas die de melkwegcluster Abell 2029 omhulde, vooraanstaande astronomen schatten dat de cluster een hoeveelheid donkere materie moet bevatten die overeenkomt met meer dan honderd biljoen zonnen! Als andere clusters vergelijkbare kenmerken hebben, dan kan 70 tot 90 procent van de massa van het universum worden toegeschreven aan donkere materie [bron:Chandra X-ray Observatory].

Donkere materie in kaart brengen

Deze samengestelde afbeelding van de samensmeltende cluster van sterrenstelsels Abell 520 heeft gesuperponeerd, "valsgekleurde" kaarten die de concentratie van sterrenlicht (oranje) in de cluster tonen, heet gas (groen) en donkere materie (veel van het blauw). Afbeelding met dank aan NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (Universiteit van Californië, Davy), en A. Mahdavi (San Francisco State University)

Terwijl astronomen aanwijzingen verzamelden over het bestaan ​​- en de duizelingwekkende hoeveelheid - donkere materie, ze wendden zich tot de computer om modellen te maken van hoe de vreemde dingen zouden kunnen worden georganiseerd. Ze maakten gefundeerde gissingen over hoeveel baryonische en donkere materie er in het universum zou kunnen bestaan, laat de computer vervolgens een kaart tekenen op basis van de informatie. De simulaties toonden donkere materie als een webachtig materiaal verweven met reguliere zichtbare materie. In sommige plaatsen, de donkere materie vloeide samen tot klonten. Op andere plaatsen, het strekte zich uit om lang te vormen, draderige filamenten waarop sterrenstelsels verstrengeld lijken, als insecten gevangen in spinrag. Volgens de rekenmachine donkere materie kan overal zijn, het universum samenbinden als een soort onzichtbaar bindweefsel.

Vanaf dat moment, astronomen hebben ijverig gewerkt om een ​​vergelijkbare kaart van donkere materie te maken op basis van directe waarneming. En ze hebben een van dezelfde hulpmiddelen gebruikt - zwaartekrachtlensing - die in de eerste plaats hielpen om het bestaan ​​​​van donkere materie te bewijzen. Door de lichtbuigende effecten van clusters van sterrenstelsels te bestuderen en de gegevens te combineren met optische metingen, ze hebben het onzichtbare materiaal kunnen 'zien' en zijn begonnen met het samenstellen van nauwkeurige kaarten.

In sommige gevallen, astronomen brengen afzonderlijke clusters in kaart. Bijvoorbeeld, in 2011, twee teams gebruikten gegevens van Chandra's X-ray Observatory en andere instrumenten zoals de Hubble Space Telescope om de verdeling van donkere materie in een cluster van sterrenstelsels bekend als Abell 383 in kaart te brengen, die zich op ongeveer 2,3 miljard lichtjaar van de aarde bevindt. Beide teams kwamen tot dezelfde conclusie:de donkere materie in het cluster is niet bolvormig maar eivormig, als een American football, georiënteerd met een uiteinde wijzend naar de waarnemers. De onderzoekers waren het daar niet mee eens, echter, over de dichtheid van de donkere materie in Abell 383. Een team berekende dat de donkere materie toenam naar het centrum van de cluster, terwijl de andere minder donkere materie in het midden meet. Zelfs met die verschillen, de onafhankelijke inspanningen bewezen dat donkere materie kon worden gedetecteerd en met succes in kaart kon worden gebracht.

In januari 2012 een internationaal team van onderzoekers publiceerde de resultaten van een nog ambitieuzer project. Met behulp van de 340-megapixelcamera van de Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) op de Mauna Kea-berg op Hawaï, wetenschappers bestudeerden de zwaartekrachtlenseffecten van 10 miljoen sterrenstelsels in vier verschillende delen van de hemel gedurende een periode van vijf jaar. Toen ze alles aan elkaar hechtten, ze hadden een foto van donkere materie die over 1 miljard lichtjaar in de ruimte keek - de grootste kaart van het onzichtbare materiaal dat tot nu toe is geproduceerd. Hun eindproduct leek op de eerdere computersimulaties en onthulde een enorm web van donkere materie dat zich door de ruimte uitstrekte en zich vermengde met de normale materie die we al eeuwen kennen.

Deeltjes donkere materie identificeren

Op basis van het bewijs, de meeste astronomen zijn het erover eens dat donkere materie bestaat. Verder dan dat, ze hebben meer vragen dan antwoorden. De grootste vraag, durven we te zeggen een van de grootste in de hele kosmologie, richt zich op de exacte aard van donkere materie. Is het een exotische, onontdekte soort materie, of is het gewone materie die we moeilijk kunnen waarnemen?

De laatste mogelijkheid lijkt onwaarschijnlijk, maar astronomen hebben een paar kandidaten overwogen, waarnaar ze verwijzen als MACHO's , of enorme compacte halo-objecten . MACHO's zijn grote objecten die zich in de halo's van sterrenstelsels bevinden, maar aan detectie ontsnappen omdat ze zo'n lage helderheid hebben. Dergelijke objecten zijn onder meer bruine dwergen, buitengewoon vage witte dwergen, neutronensterren en zelfs zwarte gaten. MACHO's dragen waarschijnlijk enigszins bij aan het mysterie van de donkere materie, maar er zijn er gewoon niet genoeg om alle donkere materie in een enkel sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels te verklaren.

Astronomen denken dat het waarschijnlijker is dat donkere materie bestaat uit een geheel nieuw type materie dat is opgebouwd uit een nieuw soort elementair deeltje. Aanvankelijk, zij overwogen neutrino's , fundamentele deeltjes die voor het eerst werden gepostuleerd in de jaren dertig en vervolgens werden ontdekt in de jaren vijftig, maar omdat ze zo weinig massa hebben, wetenschappers betwijfelen of ze veel donkere materie vormen. Andere kandidaten zijn verzinsels van wetenschappelijke verbeelding. Ze staan ​​bekend als WIMP's (voor zwak interagerende massieve deeltjes ), en als ze bestaan, deze deeltjes hebben massa's die tientallen of honderden keren groter zijn dan die van een proton, maar interageren zo zwak met gewone materie dat ze moeilijk te detecteren zijn. WIMP's kunnen een willekeurig aantal vreemde deeltjes bevatten, zoals:

  • Neutralinos (massieve neutrino's) - Hypothetische deeltjes die vergelijkbaar zijn met neutrino's, maar zwaarder en langzamer. Hoewel ze niet zijn ontdekt, ze zijn een koploper in de categorie WIMP's.
  • Axions - Klein, neutrale deeltjes met een massa van minder dan een miljoenste van een elektron. Axions zijn mogelijk overvloedig geproduceerd tijdens de oerknal.
  • Fotino's - Net als bij fotonen, elk met een massa die 10 tot 100 keer groter is dan een proton. Fotino's zijn ongeladen en, trouw aan de WIMP-naam, zwak omgaan met materie.

Wetenschappers over de hele wereld blijven agressief jagen op deze deeltjes. Een van hun belangrijkste laboratoria, de Large Hadron Collider (LHC), ligt diep onder de grond in een 16, 5 mijl lange cirkelvormige tunnel die de Frans-Zwitserse grens oversteekt. In de tunnel, elektrische velden versnellen twee met protonen gevulde bundels tot absurde snelheden en laten ze vervolgens botsen, waardoor een complexe nevel van deeltjes vrijkomt. Het doel van LHC-experimenten is niet om rechtstreeks WIMP's te produceren, maar om andere deeltjes te produceren die in donkere materie zouden kunnen vervallen. Dit vervalproces, hoewel bijna onmiddellijk, zou wetenschappers in staat stellen om momentum en energieveranderingen te volgen die indirect bewijs zouden leveren van een gloednieuw deeltje.

Andere experimenten hebben betrekking op ondergrondse detectoren in de hoop donkere materiedeeltjes te registreren die langs en door de aarde razen (zie kader).

Begraven in Minnesota

Als verre sterrenstelsels doorgaans in een lijkwade van donkere materie liggen, dan kan de Melkweg, te. En als dat zo is, dan moet de aarde door een zee van donkere materiedeeltjes gaan terwijl ze om de zon draait, en de zon reist rond de melkweg. Om deze deeltjes te detecteren, het Cryogenic Dark Matter Search (CDMS)-team begroef een reeks germaniumcellen diep onder de grond in Soudan, Minn. Als donkere materiedeeltjes bestaan, ze moeten door vaste aarde gaan en de kernen van de germaniumatomen raken, die zal terugdeinzen en kleine hoeveelheden warmte en energie produceren. In 2010, het team meldde dat het twee kandidaat-WIMP's had gedetecteerd die de reeks cellen raakten. uiteindelijk, de wetenschappers besloten dat de resultaten niet statistisch significant waren, maar het was weer een prikkelende aanwijzing in de zoektocht naar de meest mysterieuze substantie in het universum.

Alternatieven voor donkere materie

Niet iedereen wordt verkocht op donkere materie, bij lange na niet. Een paar astronomen geloven dat de wetten van beweging en zwaartekracht, geformuleerd door Newton en uitgebreid door Einstein, hebben misschien eindelijk hun gelijke ontmoet. Als dat het geval is, dan een wijziging van de zwaartekracht, niet een of ander onzichtbaar deeltje, zou de effecten van donkere materie kunnen verklaren.

In 1980, natuurkundige Mordehai Milgrom suggereerde dat de tweede bewegingswet van Newton (kracht =massa x versnelling, f =ma) moet opnieuw worden onderzocht in het geval van galactische bewegingen. Zijn basisidee was dat bij zeer lage versnellingen, overeenkomend met grote afstanden, de tweede wet brak. Om het beter te laten werken, hij voegde een nieuwe wiskundige constante toe aan de beroemde wet van Newton, de wijziging aanroepen MOND , of Gewijzigde Newtoniaanse dynamiek . Omdat Milgrom MOND ontwikkelde als oplossing voor een specifiek probleem, niet als een fundamenteel natuurkundig principe, veel astronomen en natuurkundigen hebben gehuild.

Ook, MOND kan geen verklaring geven voor het bewijs van donkere materie die is ontdekt met andere technieken die geen gebruik maken van de tweede wet van Newton, zoals röntgenastronomie en zwaartekrachtlenzen. Een revisie van MOND uit 2004, bekend als TeVeS ( Tensor-Vector-Scalaire zwaartekracht ), introduceert drie verschillende velden in de ruimte-tijd om het ene zwaartekrachtveld te vervangen. Omdat TeVeS relativiteit incorporeert, het is geschikt voor fenomenen zoals lensing. Maar daarmee was het debat niet beslecht. In 2007, natuurkundigen testten de tweede wet van Newton tot versnellingen zo laag als 5 x 10 -14 Mevrouw 2 en meldde dat f =ma waar is zonder noodzakelijke aanpassingen (zie American Institute of Physics News Update:"Newton's Second Law of Motion, " 11 april 2007), waardoor MOND nog minder aantrekkelijk lijkt.

Weer andere alternatieven beschouwen donkere materie als een illusie die voortkomt uit de kwantumfysica. In 2011, Dragan Hajdukovic van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) stelde voor dat de lege ruimte gevuld is met deeltjes materie en antimaterie die niet alleen elektrische tegenpolen zijn, maar ook zwaartekracht tegenstellingen. Met verschillende zwaartekrachtladingen, de materie- en antimateriedeeltjes zouden gravitatiedipolen in de ruimte vormen. Als deze dipolen zich zouden vormen in de buurt van een sterrenstelsel - een object met een enorm zwaartekrachtveld - zouden de zwaartekrachtdipolen gepolariseerd worden en het zwaartekrachtveld van het sterrenstelsel versterken. Dit zou de zwaartekrachtseffecten van donkere materie verklaren zonder dat er nieuwe of exotische vormen van materie nodig zijn.

Donkere materie en het lot van het heelal

Volgens deze tijdlijn van NASA, de uitdijing van het heelal versnelt. Afbeelding met dank aan NASA

Als donkere materie werkt als kosmische lijm, astronomen moeten het bestaan ​​ervan kunnen verklaren in termen van de heersende theorie van heelalvorming. De oerknaltheorie stelt dat het vroege heelal een enorme uitdijing heeft ondergaan en vandaag de dag nog steeds aan het uitbreiden is. Voor zwaartekracht om sterrenstelsels samen te klonteren tot muren of filamenten, er moeten grote hoeveelheden massa overblijven van de oerknal, bijzonder onzichtbare massa in de vorm van donkere materie. In feite, supercomputersimulaties van de vorming van het heelal laten zien dat sterrenstelsels, galactische clusters en grotere structuren kunnen zich uiteindelijk vormen uit aggregaties van donkere materie in het vroege heelal.

Naast het geven van structuur aan het universum, donkere materie kan een rol spelen in zijn lot. Het heelal breidt zich uit, maar zal het voor altijd uitbreiden? Zwaartekracht zal uiteindelijk het lot van de uitbreiding bepalen, en de zwaartekracht is afhankelijk van de massa van het heelal; specifiek, er is een kritische massadichtheid in het heelal van 10 -29 g/cm 3 (gelijk aan een paar waterstofatomen in een telefooncel) die bepaalt wat er kan gebeuren.

  • Gesloten universum – Als de werkelijke massadichtheid groter is dan de kritische massadichtheid, het heelal zal uitdijen, traag, stoppen en terugvallen op zichzelf in een "grote crunch".
  • Kritisch of plat universum – Als de werkelijke massadichtheid gelijk is aan de kritische massadichtheid, het universum zal voor altijd blijven uitdijen, maar de snelheid van expansie zal meer en meer vertragen naarmate de tijd vordert. Alles in het universum zal uiteindelijk koud worden.
  • Coasting of open universum – Als de werkelijke massadichtheid kleiner is dan de kritische massadichtheid, het universum zal blijven uitdijen zonder verandering in zijn uitdijingssnelheid.

Metingen van massadichtheid moeten zowel lichte als donkere materie omvatten. Dus, het is belangrijk om te weten hoeveel donkere materie er in het heelal bestaat.

Recente waarnemingen van de bewegingen van verre supernova's suggereren dat de uitdijingssnelheid van het heelal in feite versnelt. Dit opent een vierde mogelijkheid, een versnellend heelal, waarin alle sterrenstelsels relatief snel van elkaar weg bewegen en het heelal koud en donker wordt (sneller dan in het open heelal, maar nog steeds in de orde van tientallen miljarden jaren). Wat de oorzaak is van deze versnelling is onbekend, maar het wordt donkere energie genoemd. Donkere energie is nog mysterieuzer dan donkere materie - en gewoon een ander voorbeeld van de duisternis van de astronomie aan de rand van de stad. Misschien het universum, zoals Springsteen suggereert, zal zijn geheimen lang met zich meedragen, lange tijd:

Iedereen heeft een geheim, zoon, Iets waar ze gewoon niet tegen kunnen, Sommige mensen zijn hun hele leven bezig om het te behouden, Ze dragen het bij elke stap die ze zetten.

Oorspronkelijk gepubliceerd:4 september 2007

Veelgestelde vragen over donkere materie

Waar is donkere materie van gemaakt?
Astronomen denken dat het waarschijnlijker is dat donkere materie bestaat uit een geheel nieuw type materie dat is opgebouwd uit een nieuw soort elementair deeltje. Ze staan ​​​​bekend als WIMP's (voor zwak interagerende massieve deeltjes), en als ze bestaan, deze deeltjes hebben massa's die tientallen of honderden keren groter zijn dan die van een proton, maar interageren zo zwak met gewone materie dat ze moeilijk te detecteren zijn.
Wie heeft donkere materie ontdekt?
1932, de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort merkte op dat sterren in onze galactische omgeving sneller bewogen dan berekeningen voorspelden. Hij gebruikte de term "donkere materie" om de niet-geïdentificeerde massa te beschrijven die nodig is om deze snelheidstoename te veroorzaken.
Hoe hebben wetenschappers donkere materie ontdekt?
Toen astronomen in de jaren vijftig en zestig de rotaties van spiraalstelsels begonnen te meten, deden ze een raadselachtige ontdekking. Ze verwachtten sterren te zien in de buurt van het centrum van een melkwegstelsel, waar de zichtbare materie meer geconcentreerd is, sneller bewegen dan sterren aan de rand. Wat ze in plaats daarvan zagen, was dat sterren aan de rand van een melkwegstelsel dezelfde rotatiesnelheid hadden als sterren nabij het centrum.
Wat is donkere energie?
Recente waarnemingen van de bewegingen van verre supernova's suggereren dat de uitdijingssnelheid van het heelal in feite versnelt. Wat de oorzaak is van deze versnelling is onbekend, maar het wordt donkere energie genoemd. NASA zegt dat donkere energie maar liefst 72 procent van het universum uitmaakt.
Waar is de donkere materie?
Astronomen denken dat donkere materie in en tussen sterrenstelsels te vinden is, met meer geconcentreerd in het centrale gebied van een melkwegstelsel.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe licht werkt
  • Hoe de zon werkt
  • Wat zijn donkere materie en donkere energie?
  • Wat is donkere materie? [Video]
  • Door het wormgat:is donkere materie de sleutel? [Video]
  • Wat is donkere energie? En kunnen we daar op inspelen?
  • Is er een gat in het heelal?

bronnen

  • Amos, Jonathan. "Quasars illustreren de achtbaanrit van donkere energie." BBC nieuws. 13 november 2012. (13 november, 2012) http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-20303592
  • CDMS II-samenwerking. "Zoekresultaten voor donkere materie van het CDMS II-experiment." Wetenschap. 26 maart 2010. (13 november, 2012) http://www.sciencemag.org/content/327/5973/1619.full.pdf?keytype=ref&siteid=sci&ijkey=RVTKiEZ5rRmf2
  • Chandra Kronieken. "The Wonderful (en Angstaanjagende) Dark Side." 22 okt. 2003. (18 december, 2012) http://chandra.harvard.edu/chronicle/0403/dark/index.html
  • Chandra röntgenobservatorium. "Chandra's vondst van Lonely Halo roept vragen op over donkere materie." 26 okt. 2004. (18 december, 2012) http://chandra.harvard.edu/press/04_releases/press_102604.html
  • Chandra röntgenobservatorium. "Het mysterie van de donkere materie." 13 mei, 2012. (18 december, 2012) http://chandra.harvard.edu/xray_astro/dark_matter.html
  • Clark, Lindsay. "Een lerarengids voor het universum." 2000. (18 december, 2012) http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html
  • Cline, David. "De zoektocht naar donkere materie." Wetenschappelijke Amerikaan. maart 2003. (18 december, 2012) http://edwards1.phy.ohiou.edu/~inpp/nuclear_lunch/archive/2005/cline.pdf
  • Frank, Adam. "Het Einstein-dilemma." Ontdek Magazine online. 1 aug. 2006. (18 december, 2012) http://discovermagazine.com/2006/aug/cover/article_view?b_start:int=0&-C=
  • Gek, James E. "De verloren sterrenstelsels." Wetenschappelijke Amerikaan. mei 2011.
  • Hadhazy, Adam. "Off the Charts:grootste kaart van donkere materie in de kosmos." Ontdek Tijdschrift. 17 juni 2012. (13 november, 2012) http://discovermagazine.com/2012/jun/03-largest-map-of-dark-matter-across-the-cosmos/?searchterm=dark%20matter
  • Henry, J.Patrick et al. "De evolutie van Galaxy Clusters." Wetenschappelijke Amerikaan. december 1998. (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
  • Hogan, Craig J. "Oorspronkelijk Deuterium en de oerknal." Wetenschappelijke Amerikaan. december 1996. (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm96.pdf
  • Krauss, Laurens. "Kosmologische anti-zwaartekracht." Wetenschappelijke Amerikaan. januari 1999. (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm99b.pdf
  • Landy, Stephen D. "Het heelal in kaart brengen." Wetenschappelijke Amerikaan. Juni 1999. (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm99.pdf
  • Milgrom, Mordehai. "Bestaat donkere materie echt?" Wetenschappelijke Amerikaan. Augustus 2002. (18 december, 2012) http://www.astro.umd.edu/~ssm/mond/sad0802Milg6p.pdf
  • Molenaar, Chris. "Cosmic Hide and Seek:'The Search for the Missing Mass.'" 1995 (18 december, 2012) http://www.eclipse.net/~cmmiller/DM/
  • Nasa. "Abell 383:een volledig beeld krijgen van een ongrijpbaar onderwerp." Chandra röntgenobservatorium. 14 maart, 2012. (13 november, 2012) http://chandra.harvard.edu/photo/2012/a383/
  • Nasa. "Donkere materie." Chandra röntgenobservatorium. 13 mei, 2012. (13 november, 2012) http://chandra.harvard.edu/xray_astro/dark_matter/
  • Nasa. "Hubble brengt het kosmische web van 'klonterige' donkere materie in 3D in kaart." 7 januari 2007. (18 december, 2012) http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/news/clumpy_darkmatter.html
  • Nasa. "NASA Hubble-ruimtetelescoop detecteert ring van donkere materie." 15 mei 2007. (18 december, 2012) http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/news/dark_matter_ring_mm.html
  • Nasa. "WMAP Kosmologie 101:Waar is het heelal van gemaakt?" 26 september 2012. (18 december, 2012) http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html
  • NASA Goddard Space Flight Center Remote Sensing Tutorial Sectie 20. "Astronomie en kosmologie - Bewijs voor de oerknal; de roodverschuiving; Galactische afstanden; Leeftijd van het heelal; Kosmische achtergrondstraling; Uitbreidingsmodellen; Donkere materie en energie." (18 december, 2012) http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect20/A9.html
  • NASA Goddard Space Flight Center Remote Sensing Tutorial Sectie 20. "Astronomie en Kosmologie - Recente innovaties over het concept van "Universum":donkere energie en versnellend universum?"
  • NASA Stel je het heelal voor. "Astronomen vinden direct bewijs van donkere materie." 22 aug. 2006. (18 december, 2012) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/22aug06.html
  • NASA Stel je het heelal voor. "De Wilkinson Magnetron Anisotropie Probe (WMAP)." (18 december, 2012) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/exhibit/map_exhibit.html
  • NASA Stel je het heelal voor. "Vorming van structuur in het heelal." (18 december, 2012) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/exhibit/map_structure.html
  • NASA Wilkinson Magnetron Anisotropie Probe. http://map.gsfc.nasa.gov/index.html
  • Nationale Academie van Wetenschappen Colloquium. "Het tijdperk van het heelal, Donkere materie, en structuurvorming." 1998. National Academies Press, Washington, gelijkstroom
  • NSF-astronomie. "De jacht op donkere materie." (18 december, 2012) http://www.nsf.gov/about/history/nsf0050/astronomy/darkmatter.htm
  • Ornes, Stefanus. "8 manieren waarop wetenschappers naar donkere materie kijken, maar nog niet zien." Ontdek Tijdschrift. 22 juni 2009. (13 november, 2012) http://discovermagazine.com/2009/jul-aug/08-ways-scientists-look-dark-matter/?searchterm=dark%20matter
  • PBS Stephen Hawking's Universum. "Donkere materie." (18 december, 2012) http://www.pbs.org/wnet/hawking/strange/html/strange_dark.html
  • PhysicsWorld.com. "De zoektocht naar donkere materie." 6 januari 2000. (18 december, 2012) http://physicsworld.com/cws/article/print/809
  • Powell, Corey S. "Een donkere materie." Wetenschappelijke Amerikaan. januari 1994. (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm94.pdf
  • Randall, Lisa. "Hoe het onzichtbare te zien:3 benaderingen om donkere materie te vinden." Ontdek Tijdschrift. 22 februari 2012. (13 november, 2012) http://discovermagazine.com/2011/nov/18-how-see-invisible-3-approaches-dark-matter/?searchterm=dark%20matter
  • Inwrijven, Vera, "Donkere materie in het heelal." Wetenschappelijke Amerikaan. 1998. (18 december, 2012) http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2006/Jan/Rubin-Dark-Matter.pdf
  • Steekproef, jan. "Is er eindelijk donkere materie gedetecteerd?" De Wachter. 17 december 2009. (13 november, 2012) http://www.guardian.co.uk/science/2009/dec/17/dark-matter-detected
  • Wetenschap@NASA. "De wetenschap van oneindigheid." (18 december, 2012) http://science.hq.nasa.gov/universe/science/index.html
  • Wetenschap@NASA. "Donkere energie, Donkere materie." (18 december, 2012) http://science.hq.nasa.gov/universe/science/dark_energy.html
  • Super cryogene zoektocht naar donkere materie. "Ontdek de wetenschap van donkere materie" 28 april 2007. (18 december, 2012) http://cdms.berkeley.edu/Education/DMpages/index.shtml.
  • Dan, Ker. "Donkere materie is een illusie, Nieuwe anti-zwaartekrachttheorie zegt." National Geographic. 31 augustus 2011. (13 november, 2012) http://news.nationalgeographic.com/news/2011/08/110831-dark-matter-proof-gravity-quantum-theory-cern-space-science/
  • Universiteit van Arizona, Lezing 7 Debat 2. "Wat is donkere materie?" (18 december, 2012) http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/lecture7.html
  • Universiteit van Washington Astronomy Lab. "Donkere materie." (18 december, 2012) http://www.astro.washington.edu/labs/clearinghouse/labs/Darkmatter/index.html
  • Wit, Martin, hoogleraar natuurkunde. "Donkere materie." UC Berkeley. (18 december, 2012) http://astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/dm.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe werkt ureum denaturisch?
  2. Wat is landbouwbiotechnologie?
  3. Abiogenese: definitie, theorie, bewijs & voorbeelden
  4. Hoe rouw werkt
  5. Top 10 mythes over de hersenen
  6. Elements of Nucleic Acids
  7. Bereken de percentages van adenine in een DNA-streng
  8. Is er verteld dat je te gevoelig bent? Je zou een empaat kunnen zijn
  9. Het menselijk brein is bedraad voor poëzie

Wetenschap