Zoek naar donkere materie in de melkweg vanuit de diepten van de aarde

Euclid, een missie van de European Space Agency (ESA) die de aarde verliet op 1^elk Juli 2023 en we zullen met name proberen licht te werpen op donkere materie in de melkweg.

Pas in de jaren zeventig wekte de vraag naar het bestaan ​​van donkere materie belangstelling. In dit opzicht is matière noir een slechte Franse vertaling van het Engelse woord “Dark Matter”, wat nogal “onzichtbaar” of “ongezien/verborgen” betekent. Als het “zwart” was geweest, hadden we “zwart” geschreven.

Amerikaanse astronoom Vera Rubin, een promovendus in de jaren zeventig, die de rotatie van spiraalstelsels bestudeerde (er zijn drie soorten sterrenstelsels: spiraalvormig, elliptisch en onregelmatig; ons sterrenstelsel, de Melkweg, is van het spiraaltype). De studie van Vera Rubin gaat in op de vraag of de “lichtmassa”, d.w.z. de zichtbare massa – die wordt afgeleid uit de aanwezigheid van sterren – eigenlijk gelijk is aan de dynamische massa (totale massa door snelheidsverspreiding te bestuderen).

Door de rotatiesnelheid van een melkwegstelsel te beschrijven als een functie van de afstand tot het centrum van hetzelfde melkwegstelsel, maakt men een directe maat voor de globale verdeling van materie in het melkwegstelsel. De maximale rotatiesnelheid van een spiraalstelsel is enkele kiloparsecs van het centrum (een parsec is een eenheid van astronomische lengte gelijk aan 3,26 lichtjaar, 206.265 astronomische eenheden of ongeveer 30.900 miljard kilometer), en zou moeten afnemen. Dit komt doordat de sterren aan de rand van het sterrenstelsel rond het centrum draaien, net zoals de planeten rond de zon draaien. Sterren aan de randen van een melkwegstelsel hebben een lagere omloopsnelheid dan sterren nabij het centrum.

Vera Rubin merkt echter op dat de sterren aan de rand van het Andromedastelsel – net als andere spiraalvormige sterrenstelsels – erg snel lijken te draaien (de snelheden bleven vrijwel constant als men zich van het centrum verwijderde). Ik kwam tot de conclusie dat er een gebrek aan massa is om deze rotatiesnelheden te verklaren. In de jaren tachtig werden verschillende andere soortgelijke waarnemingen gedaan, die de waarnemingen van Vera Rubin versterkten. De zoektocht naar donkere materie is daarom een ​​intens onderzoeksdoel in de astrofysica, astronomische deeltjes en deeltjesfysica.

Lees verder

Depuis l’observation of fond cosmologique or rayonnement fossile (résidu d’un rayonnement émis by the loresqu’il était dans une phase tres chaude et density, au all debut, juste ee 380 000 ans apres le Big Bang) door des satellites where planklijkt donkere materie zes keer zo zwaar te zijn als zichtbare materie; Het zou ongeveer 26% van het universum moeten uitmaken en dus vertegenwoordigt de materie waarvan we weten dat ze alle sterren en sterrenstelsels vormen slechts 5% van de inhoud van het universum. Donkere materie heeft geen interactie met “normale” materie (ons bekende universum), of heeft zeer weinig interactie, waardoor het erg moeilijk te detecteren en te karakteriseren is. Het bestaan ​​ervan wordt alleen onthuld door de invloed van de zwaartekracht.

Er wordt ook veel onderzoek gedaan op de grond, en ik kan preciezer zeggen ondergronds, bijvoorbeeld bij de LHC-versneller op CERN.

Ondergronds zoeken

Het voordeel van ondergrondse experimenten is de combinatie van directe detectie en indirecte detectie van donkere materie uit astronomische onderzoeken. Daarom kan een sterke synergie tussen astrofysische sondes (indirect) en ondergrondse laboratoria (directe sonde) gezamenlijk de invloed van donkere materie meten en beperken. Elf ondergrondse laboratoria werken voor onderzoek naar donkere materie en andere astrofysische objecten op het noordelijk halfrond.

In Frankrijk is er bijvoorbeeld het ondergrondse laboratorium van Modane, vlakbij de Italiaanse grens waar het experiment is edelweiss Deze hypothese van donkere materie onder de berg wordt al vijftien jaar onderzocht.

De ondergrondse laboratoria zijn vrij diep. De diepste zijn geïnstalleerd in oude mijnen zoals SNOLAB in Canada (2000m) of CJPL in China (2400m). De ondergrondse laboratoria in Modane (LSM, Frankrijk) en Gran Sasso (LNGS, Italië) bevinden zich respectievelijk ongeveer 1700 m en 1400 m onder de bergrots en in een tunnel (Frejus/Gran Sasso).

De van nature ondergrondse locatie zorgt voor een hoge onderdrukking van kosmische stralingsdeeltjes die in de atmosfeer worden geproduceerd en dus door kosmisch genererende bijproducten (zoals kernen radioactief)

Hoe detecteren we donkere materie onder de grond?

Deze donkere materie in ons sterrenstelsel is een soort “buitenaards” deeltjesgas waarin we baden. Terwijl de aarde door de melkweg beweegt, komt ze deze deeltjes rechtstreeks tegen, dus het is niet nodig om ver te zoeken om ze te vinden. Maar om het direct te kunnen waarnemen, moet het interageren met gewone materie.

Wanneer een deeltje donkere materie een kern van normale materie raakt, kan dit ervoor zorgen dat deze stuitert. Door deze kleine beweging te detecteren, is het mogelijk om de doorgang te markeren.

Om ervoor te zorgen dat dergelijke zeldzame en onbeduidende gebeurtenissen worden vastgelegd, moeten detectoren worden ontworpen in een zeer niet-radioactief en parasitair stralingsafgeschermd materiaal om achtergrondruis te minimaliseren die het gewenste signaal zou maskeren. Vandaar de interesse om observatoria in ondergrondse laboratoria te installeren om, zoals we al zeiden, de maximale hoeveelheid straling (kosmisch en radioactief) te vermijden die de metingen zou kunnen verstoren.

Het onderzoek in ondergrondse laboratoria die in de jaren 1980 en 1990 zijn gebouwd, had tot doel fenomenen te bestuderen die verband houden met hoge-energiefysica en astrodeeltjesfysica (protonenleeftijd, neutrinofysica, enz.). xxi^H De eeuw markeerde het begin van ambitieuzere experimenten om donkere materie in het universum te onderzoeken.

Met de vooruitgang in technologie en basiskennis werden ondergrondse laboratoria echter al snel buitengewoon nuttig voor andere disciplines. Vandaar de interesse van opkomende landen om zich te engageren om deel te nemen aan de ontwikkeling van deze infrastructuren, zoals de projecten van ANDES (Argentinië/Chili) en PAUL (Zuid-Afrika). Deze laboratoria lopen voorop in het onderzoek naar astrodeeltjes, maar ook in andere activiteiten die verband houden met het meten van radioactiviteit op laag niveau voor de biologie.

Er zijn ook enorme kansen voor onderzoek in seismologie, klimatologie, glaciologie en astrobiologie. De mogelijkheid om lichtomstandigheden en andere omgevingsparameters te regelen, maakt ondergrondse laboratoria ideale plekken om te experimenteren met hydrocultuur, zoals paddenstoelen. Ze bieden andere mogelijkheden zoals het bepalen van de mogelijkheid om de ondergrond als werkomgeving te gebruiken en zelfs voor het inrichten van tunnels als leefbare omgevingen.

Andere alternatieve hypothesen verklaren het fenomeen waargenomen door Vera Rubin. Donkere materie bestaat mogelijk niet, en de veronderstelling dat dit wel het geval is, kan te wijten zijn aan een gedeeltelijk verkeerd begrip van de wetten van de zwaartekracht. Andere theorieën postuleren het bestaan ​​van antizwaartekracht of Het bestaan ​​van negatieve massa’s in ons universum, net als positieve en negatieve elektrische ladingen. Dit maakt het mogelijk om een ​​heelal zonder donkere materie te visualiseren.

In afwachting van de resultaten van de zoektocht, kunnen we genieten van enkele excursies in de wereld van sciencefiction, net als bij de tv-serie donker Waar een bal van donkere materie gecreëerd door een kerncentrale tijdreizen mogelijk maakt. Meer ontspanning, serie Futurama wanneer en waar “Niploniërs”Het zijn akelige beestjes die hun voedsel verteren als dichte zwarte balletjes gemaakt van donkere materie, bolletjes uitwerpselen die ook dienen als brandstof voor ruimteschepen.

De originele versie van dit artikel was & # 233; t & # 233; Geplaatst in dialoog, nieuwssite & # 224; d & # 233; de & # 233; Om ideeën uit te wisselen tussen academische experts en het grote publiek.

Lees verder: