Donkere materie en lenzen

Moderators: jkien, Michel Uphoff

Berichten: 277

Donkere materie en lenzen

Is het bekend, of donkere materie min of meer homogeen over de ruimte is verdeeld of dat die zich concentreert bij sterren?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Berichten: 728

Re: Donkere materie en lenzen

Hoewel men het er over eens is dat het moet bestaan gezien de anders onverklaarbare bewegingen van sterrenstelsels die daarmee aangaven dat er meer massa moet zijn dan wat zichtbaar is, hebben we nog geen echte donkere materie direct weten te detecteren. M.a.w: er is niets bekend over waar donkere materie precies zit. (Het is immers onzichtbaar omdat het kennelijk geen enkele vorm van straling uitzendt of absorbeert)
Maar de logica dicteert dat het geconcentreerd zit rond sterrenstelsels omdat bij een homogene verdeling de extra massa van sterrenstelsels als gevolg van de omringende donkere materie de bewegingen niet verklaard.
 
Als donkere materie inderdaad verantwoordelijk is voor de onverklaarbare ontbrekende massa dan kunnen de daaruit volgende bewegingen als gevolg van die extra massa alleen plaatsvinden als donkere materie geconcentreerd is in de omgeving van een sterrenstelsel.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.373

Re: Donkere materie en lenzen

Zie onderstaande afbeelding van een recent onderzoek naar de locatie van 'donkere materie'. Het betreft het grootste gebied aan de hemel waarbinnen de verdeling van donkere materie (wat dat dan ook zijn moge) is vastgelegd.
 
De rode gebieden zouden de meeste massa bevatten, de gele wat minder, groen nog wat minder en blauw is qua gemeten massa onderbedeeld. De kaart is gemaakt met de techniek van gravitatie (micro)lensing. Massaconcentraties buigen de ruimtetijd meer, en vervormen het beeld van achterliggende sterrenstelsels. Op grond van de mate van vervorming kan zo bepaald worden waar zich de meeste massa (of gravitatie) moet bevinden. Aan de andere kant is er het licht van de sterren in de stelsels die een indicatie geven van de totale hoeveelheid zichtbare materie zich er in een bepaalde locatie bevindt. Het verschil tussen zichtbare materie en op grond van lensing bepaalde materie (of gravitatie) is hier dus in kaart gebracht.
 
Dark Matter Map.jpeg
Dark Matter Map.jpeg (158.63 KiB) 21 keer bekeken
Bron: Chang et al (zie bijlage). Klik op de afbeelding voor vergroting.
 
De massa van de clusters van sterrenstelsels wordt weergegeven met diameter van de grijze cirkels. Grosso modo is het inderdaad zo dat die onbekende donkere materie zich in de buurt van sterrenstelsels ophoudt, maar het is beslist geen harde een op een relatie. Zo zijn er in het kaartje gebieden te vinden waarin een overschot aan massa gevonden is, terwijl er nauwelijks sterrenstelsels lijken te zijn. Ook andersom komt voor; gebieden waar enkele sterrenstelsels zijn, maar er een gebrek aan massa gemeten wordt.
 
Op zeer grote schaal is het inderdaad zo dat gebieden met donkere materie net zoals de clusters van sterrenstelsel vrij homogeen over het heelal verdeeld lijken, en die verdeling voldoet aan het kosmologisch principe van homogeniteit en isotropie (zie daarvoor ondermeer dit topic).
 
Een wetenschappelijk paper dat veel dieper op de metingen ingaat sluit ik bij:
Wide-Field Lensing Mass Maps from DES.pdf
(2.88 MiB) 40 keer gedownload
Motus inter corpora relativus tantum est.

Berichten: 277

Re: Donkere materie en lenzen

Is er ook lenswerking in de ruimte ontdekt op andere elektromagnetische straling dan licht?

Berichten: 728

Re: Donkere materie en lenzen

Je bedoeld voor ons oog onzichtbare straling neem ik aan? (Want licht is natuurlijk ook elektromagnetische straling.)
Fotonen (de 'dragers' van elektromagnetische straling) worden afgebogen door een zwaartekracht veld dus wordt elke vorm van elektromagnetische straling afgebogen of dat nu voor ons oog zichtbaar is of niet. Als we dus een infrarood opname maken van een gebied met een zwaartekrachtlens zien we ook de zelfde effecten maar dan in het infrarood gebied wat ons een completer beeld geeft want aangezien de frequentie van invloed is op de breking van de straal levert elk golflengte gebied een ander beeld op.
 
Aangezien licht afkomstig van b.v. een ster een heel scala aan frequenties bevat van het verre UV tot het verre IR wordt al deze straling zichtbaar of niet afgebogen. Ons rest dan slechts om met de juiste (radio) telescopen c.q. camera's deze straling zichtbaar te maken.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.373

Re: Donkere materie en lenzen

@Efdee: Is er ook lenswerking in de ruimte ontdekt op andere elektromagnetische straling dan licht?
 
Ik neem aan dat je anders dan in zichtbaar licht bedoelt. Jazeker is die lenswerking ook op andere golflengten waargenomen. Hier een voorbeeld in nabij infrarood (tot 2500 nm, Hubble), een in millimeter golven door de Atacama Large Millimeter Array (klik) en een op 6 cm radiogolflengte (Merlin, Engeland):
 
el ir.jpg
el ir.jpg (97.35 KiB) 21 keer bekeken
el mm alma.jpg
el mm alma.jpg (25.2 KiB) 21 keer bekeken
er radio merlin.jpg
er radio merlin.jpg (13.19 KiB) 21 keer bekeken
 
Wel is het waarnemen van Einsteinringen op bijvoorbeeld radiogolflengte een stuk lastiger. Dat komt door de lange golflengte en het daardoor geringe oplossend vermogen (scherp zien). Merlin is niet één radiotelscoop, het is een netwerk van radiotelescopen over Engeland verspreid, die via zogeheten interferometrie samengevoegd zijn tot een enorme telescoop van 217 km. Dan lukt het wel om met zulke lange golven zo'n klein object met voldoende resolutie weer te geven. Soortgelijke principes worden door de Alma gebruikt (zie link).
 
Ook in Röntgen is het waarnemen van kleine afwijkingen door lenswerking een probleem. Allereest moet dat buiten de atmosfeer gebeuren, maar er speelt zeker ook mee dat Röntgenstraling zich niets aantrekt van een glazen lens en ook een normale telescoopspiegel is niet geschikt; de Röntgenstraling zou dwars door de reflecterende laag heen schieten. De constructie van zo'n ruimtetelescoop als Chandra is dan ook een stuk ingewikkelder, en ondanks dat Chandra een duizend keer zo hoog scheidend vermogen heeft als haar voorganger, is het op zijn best zo'n halve boogseconde. Dat is ruim tien keer minder dan de Hubble telescoop haalt, en gelijk aan dat van een 8 inch amateurkijker in zichtbaar licht.
 
@Bladerunner: want aangezien de frequentie van invloed is op de breking van de straal
 
Hoewel het lenswerking heet, moet je de vergelijking met een optische lens niet doortrekken. Er is geen sprake van breking, en dus ook niet van een breking die per golflengte verschilt. Een Einsteinlens heeft geen brandpunt, dus ook geen verschillend brandpunt voor kortgolvige en langgolvige elektromagnetische straling.
 
De afbuiging van straling door Einsteinlensing is volledig frequentie/golflengte onafhankelijk. Dat is ook logisch, want het fenomeen wordt veroorzaakt door de kromming van de ruimtetijd zelf. Fotonen, van welke frequentie dan ook worden exact evenveel afgebogen door een massa.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Berichten: 728

Re: Donkere materie en lenzen

"Hoewel het lenswerking heet, moet je de vergelijking met een optische lens niet doortrekken."
 
Ik doelde niet perse op 'Einsteinlensing' maar op de (donkere?) materie die net als onze atmosfeer het licht breekt. Het is mij namelijk niet helemaal duidelijk waarom de TS over 'lenzen' spreekt in de titel i.c.m. donkere materie daar breking van straling in de ruimte door (in ieder geval) gewone materie veroorzaakt wordt en een eventuele 'lenswerking' veroorzaakt wordt door b.v. een zwart gat wat in ons blikveld staat. Donkere materie zelf echter zendt immers geen straling uit en absorbeert ook geen straling dus geldt daar helemaal geen lenswerking of breking voor.
Als er dus sprake is van die twee dan hebben we het over een lichtbron van normale materie...

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.373

Re: Donkere materie en lenzen

waarom de TS over 'lenzen' spreekt in de titel i.c.m. donkere materie
 

Dat is toch helder?

Donkere materie (laten we het maar even zo blijven noemen) heeft kennelijk massa (pakweg 5 keer zoveel als de massa van zichtbare materie), graviteert, en vervormt dus de ruimtetijd net zoals zichtbare materie dat doet. Dus kan donkere materie Einsteinlensing van de e.m. straling van een achterliggend object veroorzaken.
 
maar op de (donkere?) materie die net als onze atmosfeer het licht breekt
Nogmaals, met lichtbreking heeft het fenomeen niets van doen.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Gebruikersavatar
Berichten: 4.038

Re: Donkere materie en lenzen

Kan donkere materie ook een hemellichaam vormen, en zo nee waarom niet?

Berichten: 728

Re: Donkere materie en lenzen

We weten niet uit welke (exotische) deeltjes donkere materie bestaat dus valt het moeilijk te zeggen of het een echt hemellichaam kan vormen bestaande uit meerdere (dus zwaardere) elementen. Het zou zomaar kunnen dat de periodieke tabel van dergelijke materie heel beperkt is. Maar aangezien het wel massa heeft en dus aantrekkingskracht zou je een samenklontering kunnen hebben wat je dan een object zou kunnen noemen. Maar aangezien de elektromagnetische kracht hier geen rol speelt en dit object dus geen straling uitzendt is het volkomen inert op dit punt en verraadt het zich alleen doordat het de achtergrond afschermt. Een maan gemaakt van donkere materie kan 'pal voor je neus staan' maar het enige wat je ziet is zwartheid.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.373

Re: Donkere materie en lenzen

Goede vraag!
We denken van niet, maar dit is wel wat kort door de bocht.
 
Er zijn namelijk aanwijzingen dat donkere materie toch enige interactie met zichzelf zou kunnen hebben via natuurkrachten. Als dat het geval is, dan is het niet ondenkbaar dat er toch iets als een samenballing zou kunnen ontstaan, al is niet bekend via welk mechanisme dat dan zou verlopen. Verlies van impulsmoment door afgifte van 'donkere straling' van 'steriele neutrino's' wordt wel geopperd, maar dat is vooralsnog een volkomen onbewezen hypothese.
 
Er zijn observationele aanwijzingen dat donkere materie zou interacteren, zoals deze waarneming van het Abell cluster:
 
DM hubble abell.jpg
DM hubble abell.jpg (114.03 KiB) 21 keer bekeken
Bron: Nasa. Klik op afbeelding voor vergroting.
 
De lijntjes geven de massaconcentraties aan, en die komen goed overeen met de locatie van de sterrenstelsels in zichtbaar licht. Maar linksboven lijkt het gebied met een duidelijke concentratie van donkere materie afgeremd door iets en achtergebleven t.o.v. het sterrenstelsel. Als donkere materie afgeremd kan worden, dan interacteert het dus ook via andere krachten dan zwaartekracht.
 
Maar wat breder wordt aangenomen dat bij donkere materie zwaartekracht de enige relevante 'kracht' is, en als dat zo is dan kan donkere materie niet samenballen tot een 'donker object' of zelfs een black hole. Dat is in te zien door twee 'deeltjes' donkere materie te bekijken: Hoe zouden deze twee elkaar naderende deeltjes uiteindelijk bij elkaar moeten blijven om zo een massaconcentratie te starten? Er is geen natuurkracht bekend die ze laat 'botsen' en zo afremt. Dus schieten ze door elkaar heen alsof ze niet bestaan. Dan is er ook geen concentratie van donkere deeltjes en cumulatie van gravitatie in een bepaald punt mogelijk.
 
Anders gezegd, het impulsmoment blijft behouden omdat er niet, zoals bij gewone materie, door botsingen impulsmoment omgezet kan wordt in stralingsenergie. Behoud van dat moment houdt dan ook in dat het 'spul' dat niet botst, door zichzelf heen zoeft en dat blijft doen. In een reeds bestaande wolk van donkere materie blijven de deeltjes dan volkomen ongeremd door elkaar heen schieten, en waarnemingen tot nu toe lijken er inderdaad op te wijzen dat er in de gebieden met veronderstelde donkere materie geen concentratiekernen voorkomen.
Motus inter corpora relativus tantum est.

Berichten: 372

Re: Donkere materie en lenzen

Donkere materie is bedacht om een tekortkoming in ons begrip over de beweging van melkwegstelsels om hun eigen centrum te kunnen verklaren. Nu is beweging van sterren in melkwegstelsels uiteindelijk bepaald door de Algemene relativiteitstheorie. Zou het zo kunnen zijn dat we nog ergens een stuk missen in de veldvergelijkingen van de ART waardoor die gewoon niet in staat is om de bewegingen op grote schaal goed te beschrijven omdat daar misschien effecten een rol spelen die niet dominant zijn in sterkere gekromde ruimtes  zoals rond sterren en planeten, maar bij kleine krommingen zoals bij sterren die zeer ver weg staan van elkaar de zwaartekracht wel dominant worden en fout of helemaal niet in de veldvergelijkingen voorkomen?

Berichten: 11.273

Re: Donkere materie en lenzen

Vooralsnog is het natuurlijk een soort stop-gap measure om waarnemingen te verklaren die kennelijk het gevolg zijn van de aanwezigheid van 'iets met massa' waarvan we verder niet weten wat het is. 
 
De term 'donkere materie' vind ik ergens ietwat ongelukkig gekozen - dat impliceert een beetje dat het donker is zoals een zwart gat, of ijskoude nevel oid, dat zou zijn: licht zou erin verdwijnen. 
 
Het is eerder 'onzichtbare massa', afgezien van gravitatie lijkt het geen enkele interactie aan te gaan met energie of materie. Het is een vrij bizar concept door dat gebrek aan interactie. Het kan dan ook geen interactie met zichzelf aan gaan, als het bijvoorbeeld tegen zichzelf zou botsen en daardoor vertragen (zodat zich ophopingen kunnen vormen) moet die kinetische energie ergens heen. Dat gaat in ieder geval niet naar wat wij normaal verstaan onder energie of materie, en dan krijg je het concept van 'donkere energie', wat wellicht ook beter 'onzichtbare energie' zou kunnen heten. 
Victory through technology

Berichten: 728

Re: Donkere materie en lenzen

"Zou het zo kunnen zijn dat we nog ergens een stuk missen in de veldvergelijkingen van de ART"
 
Ik denk niet dat de ART hier tekort schiet. Want als donkere materie niet nodig zou zijn geweest om de rotatie en bewegingen van sterrenstelsels te verklaren dan dan klopte de ART automatisch op dit punt. Nu voegen we dus donkere materie toe omdat dat nodig lijkt te zijn en het enige verschil is dan dat er meer massa is dan we denken zodat de ART nog steeds klopt want het maakt dan niet uit of de zwaartekracht c.q. ruimtekromming dan door gewone of donkere materie komt want massa is massa. Je mag er dus vanuit gaan dat de zwaartekracht veroorzaakt door donkere materie in niets verschilt met de zwaartekracht van gewone materie en beiden dus verklaard kunnen worden via de ART.

Berichten: 372

Re: Donkere materie en lenzen

Volgens mij draai je oorzaak en gevolg om. Onze zwaartekrachts theorien kunnen de draaing van melkwegstelsels niet verklaren  en daarom is donkere materie nodig om dat probleem te 'lijmen' ervan uitgaan de dat de zwaartekrachtstheorien volledig zijn. Maar de zwaartekrachtstheorien zijn beide opgesteld op basis van de informatie of gedachtes die we van 'vlakbij' hebben verzameld, immers in de tijd van Newton en Einstein hadden de apparatuur niet om heel ver weg  te kijken of waren ons er nog niet van bewust.
Effecten die een rol spelen op grote schaal, bv de schaal van groter dan 10 lichtjaar kon je in die tijd denk ik nooit meenemen zolang ze buiten het waarnemingsvermogen liggen terwijl zulke effecten op kleine schaal misschien geen enkele rol spelen.
 
bv de formule y=x^2+x^6/10^6 geeft een effect wat op de schaal van 0-0.1 totaal niet te detecteren is, maar op de schaal van 90-100 een factor 66-100 verschil oplevert. wil je daar met je theorie dus rekening mee houden dan zul je ook de effecten die op die schaal evt anders zijn mee moeten nemen in je theorie. 
Bijlagen
schaal1.gif
schaal1.gif (8.63 KiB) 20 keer bekeken

Reageer