Magneetveld kan donkere materie verraden

Magneetveld kan donkere materie verraden
www.kennislink.nl, jan/feb 2008
Volgens sterrenkundigen zit ons heelal vol onzichtbaar, ontastbaar materiaal: donkere materie, alleen op te
sporen door zijn massa en zwaartekracht. In vakblad Physical Review Letters oppert natuurkundige Susan
Gardner dat donkere materiedeeltjes indirect zichtbaar zijn als ze een magneetveld hebben.
Sterrenkundigen staan al jaren voor een raadsel. Ze zien sterren zo snel rond het centrum van de melkweg en andere
sterrenstelsels draaien, dat ze eigenlijk uit de bocht horen te vliegen. Extra zwaartekracht houdt de boel bij elkaar, maar waar
komt die vandaan? Om het heelal weer kloppend te krijgen hebben astronomen donkere materie bedacht, een stof die
ontastbaar en onzichtbaar door alle andere deeltjes heenglipt en alleen via de zwaartekracht zijn aanwezigheid verraadt. Geen
enkel bekend deeltje uit de natuurkunde heeft zulke eigenschappen en dat schreeuwt om een verklaring.
De onzichtbare massa van donkere materie heeft ook invloed op andere zaken dan sterren en planeten. Volgens de Algemene
Relativiteitstheorie van Einstein buigt een grote massa namelijk licht om zich heen: de gravitatie-lens. En inderdaad lijken
sterrenstelsels licht van nog verder in het heelal sterker te bundelen dan je op basis van het aantal sterren zou verwachten.
Magnetische donkere materie
Donkere materie is voornamelijk voer voor theoreten, want waarnemingen kunnen maar weinig zeggen over onwaarneembaar
materiaal. Susan Gardner, theoretisch natuurkundige van de Universiteit van Kentucky, heeft een soort donkere materie
bedacht die indirect tóch zichtbaar is. Als donkere materie zoals veel al bekende deeltjes een klein magneetveldje heeft, worden
langsreizende lichtgolven daardoor een beetje gedraaid: polarisatie. Licht bestaat namelijk zelf uit kleine magnetische en
elektrische golven en een magneetveld van buiten kan de stand van die golven verdraaien.
Onzichtbare materie bedenken om een berekening kloppend te krijgen is volgens sommige wetenschappers slechte wetenschap. Wat
als er iets mis is met de zwaartekrachtswet van Newton? Mordehai Milgrom heeft een alternatieve zwaartekrachtswet bedacht. Op kleine
afstanden, zoals in het zonnestelsel, doet die hetzelfde als Newton's formule. Maar op grotere afstanden zwakt de zwaartekracht
volgens Milgrom's Modified Newtonian Dynamics langzamer af dan volgens Newton. Sterren zitten daarom sterker aan hun
sterrenstelsel gebonden dan Newton voorspelt.
bron: Hubble Space Telescope.
Achtergrondstraling
Volgens Gardner is de polarisatie door magnetische donkere materie onder andere zichtbaar aan de kosmische
achtergrondstraling. Dat is overgebleven warmtestraling uit de begintijd van het heelal, maar 380.000 jaar na de Oerknal. Nu,
13 miljard jaar later, golft de kosmische achtergrondstraling nog steeds door het heelal maar is hij extreem afgekoeld tot maar
2,7 graden boven het absolute nulpunt. De straling is met de gevoelige satellieten COBE en WMAP in kaart gebracht en blijkt
minieme warmteverschillen te hebben. Die zijn veroorzaakt door dichtheidsverschillen in het vroege heelal; de groeikernen van
de huidige sterrenstelsels.
Als Gardner gelijk heeft, zorgt de enorme lading donkere materie in het heelal dat de
achtergrondstraling gepolariseerd is. Onderzoeker Bo Feng van de Chinese Academie van
Wetenschappen vond in 2006 zo'n signaal in de metingen van de WMAP-satelliet. Probleem is dat ook
andere verschijnselen zijn die polarisatie kunnen veroorzaken, zoals straling van sterrenstelsels op de
voorgrond. Volgens NASA-onderzoeker Gary Winshaw zou polarisatie door voorgrond-stelsels per
frequentie een ander effect hebben; Gardner's effect heeft daar geen last van. Daarom worden de
gegevens nu nauwkeurig uitgepluist op zoek naar de precieze oorzaak van de polarisatie. Wordt
ongetwijfeld vervolgd.