Donkere materie en lenzen

[HansH]

Neem dus even aan dat de zwaartekrachtsconstante voor 2 deeltjes op grote afstande van elkaar groter is dan voor kleine afstanden. Wat zou daarvan dan het gevolg zijn?

[Bladerunner]

Wetenschappers zullen best hier aan gedacht hebben maar als je de ART gaat aanpassen zonder te weten of dat ook echt nodig is en zonder dat dit gevolgen heeft voor de berekeningen op 'korte' afstanden dan begeef je je op glad ijs en is het veel aannemelijker dat er donkere materie moet bestaan. Men zal heus niet zomaar gezegd hebben "er moet donkere materie bestaan punt uit". Alle opties zijn vast eerst geprobeerd en er zijn vele waarnemingen verricht die het bestaan onderbouwen. En in dit geval zou je dit een gevalletje "Occam's razor" kunnen noemen. Want wat is aannemelijker: dat de ART niet klopt of dat er iets bestaat wat wij met de huidige technieken niet direct kunnen zien? Wat we overigens wel zien zijn de bewegingen en rotaties van sterrenstelsels en dat donkere materie dit in één klap kan verklaren.
 
Nu heb je het over 'grote' en 'kleine' afstanden maar de aanwezigheid van donkere materie verklaart niet alleen het feit dat een roterend sterrenstelsel niet uit elkaar vliegt (of überhaupt gevormd kon worden), het verklaart ook de bewegingen onderling. Dat zijn dus hele grote verschillen in afstanden. Zo is de diameter van de Melkweg 49 Kpc en de afstand tot het Andromeda stelsel 780 Kpc. Dus op welke grote afstand verwacht jij dan dat een eventuele tekortkoming van de ART gaat meespelen? Zelfs op nog grotere afstanden zoals de Virgo cluster ('diameter' 4,4 Mpc) zou donkere materie het een en ander kunnen verklaren.
 
Nogmaals: donkere materie is niet zomaar bedacht, net als dat het Higgs boson niet zomaar bedacht is en uiteindelijk na tientallen jaren toch maar mooi gevonden is.

[Professor Puntje]

Hoe zijn die concentraties van "donkere materie" dan berekend? Gaat dat niet zo dat men denkt van daar hebben we nog een plukje donkere materie nodig, en daar nog wat. En ziedaar de ART klopt weer perfect.
 
Nee hoor - als ik moest gokken zou ik inzetten op "donkere materie bestaat niet".

[Bladerunner]

Zoals gezegd: De waarnemingen onderbouwen het bestaan van donkere materie. Als twee objecten op een bepaalde manier t.o.v. elkaar bewegen dan zul je alleen tot een bevredigend resultaat komen als je uit gaat rekenen hoe de distributie van donkere materie zou moeten zijn om die beweging te verklaren. Het is dus niet zo dat we zomaar 'ergens' een plukje neerzetten. Het alternatief is dat je moet aantonen dat de ART niet klopt op dit punt en dat levert ongetwijfeld meer vragen dan antwoorden op.

[Professor Puntje]

Er wordt niet zomaar ergens een plukje neergezet, de plukjes worden "met voorbedachte rade" precies daar neergezet waar dat nodig is om de theorie kloppend te houden. Vervolgens gaat men kijken of zich daar ook iets bevindt, maar vindt dan niets. Toch houden we vol dat het zo moet zijn, want volgens de theorie moet het immers zo zijn. De theorie wordt belangrijker geacht dan de empirie. Dat kun je wel eventjes doen, en soms blijkt dat ook terecht, maar als dat al te lang gaat duren is dat een veeg teken.
 

Het alternatief is dat je moet aantonen dat de ART niet klopt op dit punt en dat levert ongetwijfeld meer vragen dan antwoorden op.

 
En een dergelijk bewijs blokkeer je nu juist door die hypothetische "donkere materie" uit de hoge hoed te toveren.

[HansH]

De vraag die ook in mij opkomt me dan  is inderdaad of donkere materie dan met voorbedachte rade een bepaalde verdeling met hebben in melkwegstelsels of dat het netjes homogeen verdeeld zou moeten zijn. Het laatste zou het dan voor mij weer iets geloofwaardiger maken. 
 
mbt de vraag 'Want wat is aannemelijker: dat de ART niet klopt of dat er iets bestaat wat wij met de huidige technieken niet direct kunnen zien? ' zou mijn antwoord zijn:
De ART zou best nog kunnen kloppen als G een functie is van de afstand van deeltjes tov elkaar, dus als we met de huidige technieken niet kunnen zien dat G een functie is ipv een constante dan zou de constatering dat er iets is wat we nu niet kunnen zien best een goede verklaring kunnen zijn, mits je dan ook zou kunnen aantonen dat daarmee een sterrenstelsel kan bewegen zoals we dat nu kunnen zien gebeuren. Overigens denk ik dat newton en ART voor zulke grote afstanden dezelfde uitkomst geven, dus kun je ook newton nemen om het jezelf makkelijker te maken mbt G als funtie ipv constante.

[HansH]

Het alternatief is dat je moet aantonen dat de ART niet klopt op dit punt en dat levert ongetwijfeld meer vragen dan antwoorden op.

De natuur heeft geen enkele reden om zich te moeten gedragen volgens de manier die wij het makkelijkst kunnen hanteren. Dus als de ART of Newton zwaartekracht niet volledig is of deels fout dan heeft het geen zin om dat op een andere manier 'op te lossen' Overigens ga ik er helemaal niet vanuit dat er iets fout is, maar mogelijk wel een uitbreiding nodig heeft. 

[Bladerunner]

Het probleem met alternatieve hypotheses (waarvan aanpassen van de ART de populairste is) is dat hoewel je in individuele gevallen de bewegingen van sterrenstelsels op die manier kunt verklaren (maar niet alle) daar tegenover staat dat de observaties inmiddels nogal veelvuldig de aanwezigheid van donkere materie aardig bevestigen. Men heeft d.m.v. de donkere materie hypothese het volgende kunnen verklaren:
 
sterrenstelsel rotatie curve, snelheid verdelingen binnen een stelsel, cluster bewegingen, gravitatie lensing, beïnvloeding achtergrond straling patroon, formatie van een sterrenstelsel, botsingen tussen twee stelsels en nog enkele zaken.
Hier een citaat uit de Wikipedia:
 
"If dark matter does not exist, then the next most likely explanation is that general relativity—the prevailing theory of gravity—is incorrect. The Bullet Cluster, the result of a recent collision of two galaxy clusters, provides a challenge for modified gravity theories because its apparent center of mass is far displaced from the baryonic center of mass^. Standard dark matter theory can easily explain this observation, but modified gravity has a much harder time, especially since the observational evidence is model-independent"
 
Waar het op neer komt is dat de bewijzen zich hebben opgestapeld op de zelfde wijze dat ze dat hebben gedaan voor de oerknal theorie. En ik geloof niet dat wetenschappers de weg van de minste weerstand gaan volgen om het gemakkelijk te hebben. In tegendeel: men is de hypothese gaan testen met waarnemingen die zoals gezegd de hypothese lijken te bevestigen. Dan zou het wel vreemd zijn als de main stream dit terzijde legt en zich gaat concentreren op mogelijke fouten in de ART.

[HansH]

mbt de bullet cluster gaat het blijkbaar om botsing tussen 2 melkwegstelsels. Maar dan is het zowizo toch al heel lastig verhaal omdat de normale spiraalrotatie sterk is verstoort door de botsing van 2 stelsels die verschillende snelheden hadden tov elkaar waardoor van alles allerlei kanten opvliegt? 
Ik zou dus beginnen met meer steady state situaties van normale spiraalstelsels om theorien over zwaartekracht te testen.  

Ik heb ook ergens gelezen dat spiraalstelsels die verder weg liggen dus verder terug in de tijd een andere spriaalsnelheid hebben van buitenkant tov binnenkant dan stelsels later in de tijd. Dat zou dan betekenen dat oftewel donkere materie zich anders verdeeld naarmate de tijd vordert of dat de zwaartekracht zich anders gaat gedragen als functie van de tijd.  Het voordeel van donkere materie is dat je het altijd op de juiste plek kunt plakken om de zaak kloppend te krijgen dus snel een kloppend geheel kunt krijgen, vandaar mijn scepsis. 

[Michel Uphoff]

Er zijn natuurlijk veel alternatieve verklaringen bedacht voor het fenomeen. Helaas is het tot nu toe zo dat die verklaringen zoals diverse MOND (MOdified Newton Dynamics) theorieën en bijvoorbeeld de 'emergente' zwaartekracht van Eric Verlinde (klik) geen soelaas bieden voor de empirische resultaten.
 
Tegelijkertijd neemt 'het gelijk van Einstein' met iedere daartoe relevante observatie toe. Kortelings nog werd de snelheid van de ster 'S2' die het superzware zwarte gat in het centrum van onze Melkweg zeer dicht nadert extreem nauwkeurig opgemeten, en de gravitationele roodverschuiving van het sterrenlicht werd opgemeten. Het blijkt dat de gemeten roodverschuiving exact overeen komt met wat de algemene relativiteit voorspelt. Dus ook in meer extreme situaties (de baansnelheid van de ster was zo dicht bij Sagittarius A* 7650 km/s) blijkt de ART onverminderd op te gaan, en nu kunnen weer een paar alternatieve zwaartekrachtstheorieën de prullenbak in. Zie dit artikel van Eso.
 
Wat de juiste verklaring is voor allerhande verschillende observaties van de afwijkingen tussen de geschatte massa van waargenomen materie en waargenomen massa zal nog wel even duister blijven, zeker nu de deeltjes die geopperd zijn (WIMPs, steriele neutrino's) als verklaring voor de 'ontbrekende' massa maar niet gevonden worden.
 
Wellicht moet de verklaring gevonden worden in nieuwe natuurkunde (maar daar wachten we al een eeuw op, en er is maar weinig vordering), of wellicht inderdaad in onzichtbare massa. Maar welke vorm die dan heeft is de vraag. Persoonlijk houd ik het niet voor onmogelijk dat er wellicht veel meer niet lichtgevende macroscopische objecten zijn dan we vermoeden. Kandidaten zouden dan primordial black holes, reusachtige hoeveelheden dode sterren (neutronensterren bijvoorbeeld) en/of zwerfplaneten, 'gewone' zwarte gaten et cetera kunnen zijn, waaronder de zogenoemde Macho's.

[HansH]

De situatie in de kern van onze melkweg rondom het zwarte gat is natuurlijk waar de ART 'goed in is' omdat het dan gaat over een paar zware massa's die bij elkaar in de buurt zitten.
 
Probleem met melkwegstelsels is dat het juist gaat om zeer ver uit elkaar liggende massa's waarvan de onderlinge interactie over een zeer groot gebied plaatsvindt. Daar zou dus mogelijk de tekortkoming kunnen zitten, maar dat is puur mijn persoonlijke gevoel. stel dat G bijvoorbeeld een functie is van de onderlingen afstand tussen 2 massa's wat een rol gaat spelen als die afstand heel groot wordt dan zie je dat niet terug in de situatie rond een zwart gat, maar wel in een melkwegstelsel. 
 
Ik vraag me af of zulk onderzoek ooit is uitgevoerd waarbij met via veel sterren simuleren met verschillende aannames voor G heeft gekeken of dat in de richting komt van wat we waarnemen bij melkwegstelsels?
 
ik vroeg me trouwens ook nog af hoe de banen van sterren gaan lopen op zeer grote afstanden, immers op het moment dat een ster de aantrekkingskracht voelt van een andere ster op 1 miljoen lichtjaar afstand dan is dat de situatie zoals die was in het verleden en is de ster waarvan de zwaartekracht gevoeld wordt  al op een andere plek. evenzo voor de andere ster. dus stel dat 2 sterren om elkaar heendraaien op 1 miljoen lichtjaar afstand, dan ijlt de ster aan de andere kant steeds 1 miljoen lichtjaar na in aantrekkingskracht en omgekeerd ook voor de andere ster. Hoe gaan de beide banen dan lopen?

[Professor Puntje]

Werken die alternatieve gravitatietheorieën dan ook met "donkere materie"?

[Michel Uphoff]

G bijvoorbeeld een functie is van de onderlinge afstand tussen 2 massa's

 
Dat is een van de Mond varianten (klik). Een aantal van deze varianten is met de waarneming dat gravitatiegolven de lichtsnelheid hebben ten grave gedragen, maar er zijn nog een aantal varianten die onderzocht worden.

[Bladerunner]

 
 dus stel dat 2 sterren om elkaar heendraaien op 1 miljoen lichtjaar afstand, dan ijlt de ster aan de andere kant steeds 1 miljoen lichtjaar na in aantrekkingskracht en omgekeerd ook voor de andere ster. Hoe gaan de beide banen dan lopen?

 
Op een dergelijke afstand draaien die sterren dus niet om elkaar heen. De Melkweg b.v. is zoals gezegd 49 Kpc (dus 159.740 lichtjaar) groot en het Andromeda stelsel 220.000 lichtjaar. Behoorlijk minder dus dan 1 miljoen lichtjaar. Een individuele ster in zo'n stelsel draait dus rondjes rond het centrum van zijn eigen stelsel terwijl in dit voorbeeld beide stelsels elkaar naderen. Pas op een veel kortere afstand gaan twee sterren om elkaar heen draaien en dat is een zeer kleine fractie van de totale grootte van het 'thuisstelsel' met een maximale waarde van ±1 lichtjaar. Op dergelijke 'kleine' afstanden zal best de ART erbij gehaald kunnen worden maar de effecten die jij voor ogen hebt blijven toch minimaal.

 

 

[HansH]

newton gaat toch uit van de veronderstelling dat zwaartekracht met oneindige snelheid wordt overgebracht? dus zou je al moeten beginnen om de lichtsnelheid te gebruiken ipv oneindige snelheid. in een simulatie met een wolk sterren zou dat toch slechts een kleine aanpassing zijn? aan de link te zien hebben  ze dat effect wel meegenomen maar komen blijkbaar soms op een onrealistische voortplantingssnelheid van de zwaartekracht. en hoe lastig is het inderdaad om de juiste massa dichtheid af te schatten mbt normale materie.