25 - 29 juni 2001
Congres
WAAR IS DE MATERIE?
Tijdens de week van 25 tot 29 juni 2001 vond in Marseille een internationaal congres plaats met 200 deelnemers, waaronder 140 sprekers, en het thema was "Waar is de materie?". Er was ook een onderwerp:
Het traceren van zichtbare en donkere materie met de nieuwe generatie grote schaalonderzoeken
Vertaling:
Kaartlegging van zichtbare materie en donkere materie
met behulp van nieuwe grote schaalobservatiemethoden.
Deze woorden hebben grote betekenis. Ze plaatsen direct dit congres binnen een paradigma. Het wordt dus aangenomen dat het universum één is en dat het twee inhouden heeft, één dat toegankelijk is voor onze waarnemingsmiddelen (in het zichtbare, ultraviolet, infrarood, kortom waar waarnemingen worden gedaan op basis van elektromagnetische golven) en een ander dat momenteel buiten bereik is van dit soort onderzoek en wordt beschreven onder het algemene begrip "donkere materie", in het Engels "Dark Matter". Hoe kunnen waarnemingen worden gedaan, hoe kan deze donkere materie worden gekaart? Aan de ene kant op basis van gravitationele lenseffecten, die in het algemeen te groot zijn om te worden verklaard door de aanwezigheid van alleen zichtbare materie, of het nu gaat om sterrenstelsels of sterrenstelselhopen, aan de andere kant op basis van de kinetische parameters van de waargenomen objecten.
Al voor het moment dat deze "anomalie groot" gravitationele lenseffecten werden geïdentificeerd, hadden mensen zoals Fritz Zwicky, op basis van analyse van rotatiecurven van sterrenstelsels of metingen van de bewegingssnelheden van sterrenstelsels in sterrenstelselhopen, al geconcludeerd dat de optisch gedetecteerde materie niet voldoende was om deze structuren te ondersteunen. Met rotatiecurven wordt bedoeld de metingen die worden gedaan op het interstellaire gas, dat in het algemene zwaartekrachtveld draait, gemeten via het Doppler-Fizeau-effect. Dit gas draait duidelijk te snel, vooral aan de randen (aanwezigheid van een "plaatvormige" kenmerk). Sterrenstelselhopen worden beschouwd als "gasklontjes" waarin de sterrenstelsels de "moleculen" zijn. De "eigen snelheden" van de sterrenstelsels, zoals astronomen ze noemen, zijn het equivalent van de thermische bewegingssnelheden van moleculen in een gas, snelheden die willekeurig verdeeld zijn in alle richtingen. Met deze gas-analogie geeft de combinatie van de "thermische bewegingssnelheden" en de dichtheid wat men noemt de druk (die de mate van kinetische energie per volume meet). Een interstellaire gaswolk breekt niet op, omdat de zwaartekracht de drukkrachten die de wolk willen verspreiden in evenwicht houdt. Als men een sterrenstelselhoop van duizend sterrenstelsels vergelijkt met een soort gasklontje, kan men ook zeggen dat de drukkrachten die deze klont willen verspreiden, berekend op basis van de bewegingssnelheden van de sterrenstelsels en de gedetecteerde massa, te groot zijn om door de zwaartekracht tegengewerkt te worden. Op een andere manier redenerend, kent men de massa van de hoop, en kan men de ontsnappingssnelheid berekenen. Zoals Zwicky opmerkte, zijn de individuele snelheden van de sterrenstelsels groter dan de ontsnappingssnelheid van de hoop waar ze toe behoren. Als er geen extra kracht aanwezig was, zouden deze sterrenstelsels al lang geleden de hoop moeten hebben verlaten. Hetzelfde geldt voor de sterren in sterrenstelsels. Het probleem is dus echt. De vraag is in de interpretatie van dit verschijnsel.
De eenstemmige antwoorden van de astronomen dragen momenteel een naam: "donkere materie", hoewel niemand in staat is geweest om te specificeren wat de aard van deze "dark matter" zou kunnen zijn. Maar niemand heeft ooit de aanwezigheid van deze effecten in twijfel getrokken, die kunnen afkomstig zijn van een niet-geobserveerd component met een positieve massa, rustig geplaatst in ons (enige) universum. In dit kader zijn de werken van "kaartlegging van het onzichtbare" al begonnen. Oorspronkelijk werd alleen gezegd dat "in zekere sterrenstelselhopen een bepaalde massa M moet aanwezig zijn, zodat deze hoop niet uit elkaar valt of, wat op hetzelfde neerkomt, om de sterke gravitationele lenseffecten te verklaren die het genereert (meervoudige beelden, sterrenstelsels op de achtergrond vervormd, deze vervorming gaat tot hun uitrekking in vorm van bogen)". Later hebben astrofysici, zoals Albert Bosma, van het laboratorium voor astrofysica in Marseille, waar ik ook toe behoor, empirisch "donkere materie-halo's" toegevoegd, van onbepaalde aard, om "de rotatiecurven te passen", een Engelse term die de actie van het vinden van de snelheidswetten die overeenkomen met de waarnemingswaarden met deze empirische methode aanduidt. Dus nu bezighouden zich veel mensen met het berekenen van de verdeling van materie in deze onzichtbare donkere materie-halo's. Dit wordt "theorie op nulde orde" genoemd. Deze activiteit, die geen speciale vaardigheid vereist, is puur technisch. De mensen die zich ermee bezighouden zoeken niet de aard van deze "donkere materie" die ze empirisch kaartleggen, laat staan de processen die zijn verantwoordelijk voor hun aanwezigheid in de sterrenstelsels. Aangezien niemand de aard of oorsprong van dit component kent, is het uiteraard uitgesloten om een "galactische dynamica" te bouwen. Tijdens het genoemde congres hoorde ik een Amerikaanse vertellen over modellen waarin geprobeerd wordt de vorming van sterrenstelsels te beschrijven (uit koude donkere materie, in het Engels "cold dark matter" of "CDM"). Alle deze modellen steunen natuurlijk alleen op de wet van Newton (plus een gigantisch computerprogramma dat alles verwerkt). Ze zijn weinig overtuigend in de zin dat, ongeacht de initiële gegevens die worden ingevoerd, de gevormde "proto-sterrenstelsels" veel te weinig hoekmoment hebben. Dus een van de vragen die deze "nieuwe theorieën" (wet van Newton plus grote computer) opwerpen is "waar komt het hoekmoment van de sterrenstelsels vandaan?" We zijn dus op het niveau van "theorie op nulde orde", zowel bij kaartlegging als bij simulaties.
Sinds 1999 hebben astrofysici zoals Yannick Mellier en Fort, gevolgd door een halve dozijn teams in verschillende delen van de wereld, het resultaat gepresenteerd van zes jaar werk, overeenkomend met een groot programma. Als donkere materie aanwezig was in het universum, vooral in sterrenstelselhopen, zou deze gravitationele lenseffecten veroorzaken. In het extreme geval zouden dit bijna kaleidoscopische beelden zijn, zoals de Hubble-telescoop ons heeft laten zien, waarin objecten achter een sterrenstelselhoop in een reeks beelden uiteenvallen, eventueel een of meer gravitationele bogen producerend.
Men begrijpt dan dat wanneer de veronderstelde concentraties van donkere materie minder groot zijn, ze enkel vormvervormingen veroorzaken in de beelden van sterrenstelsels, waardoor hun beeld extra elliptisch wordt, door gewoon optische effecten, die zich dan bovenop hun echte ellipticiteit leggen. Mellier, Fort en degenen die hen daarna volgden, hebben een beeldverwerkmethode ontwikkeld waarbij de computer lokale anisotropieën in de beelden detecteert (uitgaande van de hypothese dat zonder gravitationele lenseffecten de grote assen van de elliptische beelden van sterrenstelsels willekeurig verdeeld zouden moeten zijn). Vervolgens kan de methode de verdeling (3D) van de veronderstelde donkere materie reconstrueren die deze beelden zou kunnen produceren. In 1999 maakten Mellier en Fort sensatie door een kleurenbeeld, in perspectief, te publiceren dat de verdeling van donkere materie in een deel van het universum toont, overeenkomend met een deel van de hemel van enkele vierkante graden.
Het beeld werd gepubliceerd in het tijdschrift Monde en de auteur van het artikel, verslaggever Jean-François Augereau, gaf de titel "de donkere materie bestaat, want ze buigt lichtstralen af".
Link naar dit artikel
. Op dat moment leek dit alles erg indrukwekkend, het markeerde het begin van "een kaartlegging van het onzichtbare". Maar een jaar later gaf Fort (directeur van het Institut d'Astrophysique de Paris, waar ook Yannick Mellier toe behoort) een interview aan de revue Ciel et Espace (juni 2000), waarin hij enkele problemen noemde, die tot dan toe ongemerkt waren gebleven. De methode had onze twee onderzoekers ertoe gebracht om twee zeer belangrijke concentraties van donkere materie te lokaliseren (5 10
14
zonsmassa's, equivalent aan duizend sterrenstelsels, massa vergelijkbaar met die van de grootste bekende hopen: de Vrouwehoop of de Coma-hoop). Maar, tot verontrusting, leken deze gebieden van de hemel merkwaardig leeg:
Zulke resultaten waren natuurlijk erg ongemakkelijk en op het eerste moment lieten de twee auteurs ze gewoon voorbijgaan, hopen dat het om een artefact of een nieuw type hoop zou gaan dat in bepaalde frequenties straalde. Daarom werden nieuwe waarnemingen uitgevoerd, in het UV of infrarood, die niets bijzonders opleverden. Uiteindelijk noemden Fort en Mellier deze objecten "donkere hopen" (dark clusters), en benadrukten dat het mogelijk om hopen zou gaan die "volledig uit exotische materie bestaan", een zeer bijzondere materie die, hoewel het onderhevig is aan gravitationele instabiliteit, het vermogen heeft alleen materie van hetzelfde type aan te trekken. Fort, in zijn interview van 2000, zei dat hij moeite had om te geloven dat een dergelijke potentiaalput geen enkele sterrenstelsel, gas of willekeurige objecten die elektromagnetische golven uitzenden, zou hebben aangetrokken. Hieronder is de afbeelding van het gedeelte van het interview van Fort.
Deelneemend aan dit congres van juni 2001 en daar een presentatie gegeven ("
Twin matter tegen donkere materie
"), was ik dus erg nieuwsgierig om Mellier tijdens deze gelegenheid te horen. Hij begon met te zeggen dat hij volledig vertrouwen had in de geldigheid van zijn data-verwerkingsmethode. Op dat moment toonde hij op het scherm de 3D-kaart die hem in 99 een volle pagina in het Monde had opgeleverd, bevestigde de identificatie van zijn twee "donkere hopen" en voegde toe dat hij sindsdien nog een derde object van dezelfde soort had geïdentificeerd, even zwaar. Toen ik hem vroeg over deze objecten, gaf hij mij in het openbaar het volgende antwoord:
- Persoonlijk geloof ik niet in deze donkere hopen....
Het was onmogelijk om meer te weten te komen en ik moet zeggen dat dit antwoord me zeer verwarde. Ofwel heeft zijn methode onzekerheden die tot nu toe zijn onontdekt gebleven, is vatbaar voor het genereren van artefacten (die overeenkomen met deze zeer verwarrende objecten) of is het betrouwbaar en de aanwezigheid van deze drie objecten stelt een zeer ongemakkelijke vraag die niet met zo'n pirouette kan worden beantwoord. Bovendien is het sinds de lancering van een telescoop die waarnemingen uitvoert in het röntgenbereik gebleken dat hopen belangrijke bronnen zijn met energie rond de 10 keV. Door dit straling toe te schrijven aan heet waterstof, wordt de temperatuur van deze ongeveer honderd miljoen graden, wat overeenkomt met een thermische bewegingssnelheid van 1400 km/s.
Zoals Mellier zegt: zijn donkere hopen stralen ook geen röntgenstralen uit.
Deze gedragingen kunnen worden verklaard door gewoon het onderwerp van dit congres te herlezen, dat geen enkele andere interpretatie toestaat dan die van de donkere materie. Dit gedrag is geen uitzondering in de wereld van de moderne astronomie en astrofysica. Geef een voorbeeld. De beroemde wet van Hubble, waarin het rode verschuiving evenredig is met de afstand van de bron, is al lang een soort dogma geworden. Alle bronnen moeten zich hieraan onderwerpen en die per toeval niet willen doen, zouden "uitgesloten" moeten worden. Het is bekend dat
Halton Arp
, een echte hinderpaal voor het denken in cirkels, beweerde dat hij veel "anomale rode verschuivingen" had geïdentificeerd. Omdat hij duidelijk niet wilde meewerken en erkennen dat deze "afwijkende" beelden alleen waarnemingsfouten waren, werd hij uiteindelijk verbannen van observatie door zijn collega's (degenen die "observatietijden" uitdelen) en naar New York gestuurd. Als er een congres zou worden gehouden over dit onderwerp, zou het alleen over "surveys" gaan om de "Hubble-constante" beter te definiëren. Elk werk dat een anisotropie van de rode verschuiving aantoont, of een significante variatie van de beroemde wet voor verschillende objectpopulaties of quasi-periodieke fluctuaties in een bepaalde richting, zou als een onrustbarend fenomeen worden beschouwd, of gewoon als een "buiten onderwerp" werk.
Toen ik besloot een presentatie te geven op dit congres, ontving mijn collega Evangelina Athanassoula, onderzoeker bij het CNRS, die ook bij het observatorium van Marseille werkt, deze nieuwe met enige verwarring, achtend dat mijn werk "buiten onderwerp" was. Dat is inderdaad een manier om het te zien, maar ik vind het vrij onwetenschappelijk (zoals de opmerking van Yannick Mellier over zijn eigen werk!). Het is dus niet verbaal dat de werken die ik op dit congres mocht presenteren weinig aandacht of kritiek kregen: ze waren gewoon "buiten onderwerp". Op dinsdag 26 juni 2001 had ik 40 kopieën van de "lange versie" van mijn presentatie (43 pagina's) en 30 exemplaren van een verkorte versie (16 pagina's) en besloot ik opnieuw te proberen, ging ik naar de zaal waar het congres plaatsvond en legde ik op tafel, voor de eerste sessies begonnen, deze zeventig documenten, met de aanduiding, met rood potlood, op de omslag: "neem me, lees me". Allemaal verdwenen ze in de tassen van de deelnemers. Ik vond er geen enkel exemplaar op de grond of in de prullenbak. Ongeacht deze nieuwe poging om een discussie te beginnen, nam geen enkele van de 200 deelnemers contact met mij op. In de dagen erna vielen mijn interventies tijdens de sessies volledig in het water. Laat ons er een voorbeeld van nemen. Een spreker had een "survey" gedaan over het algemene probleem van het gravitationele lenseffect, voordat zijn collega's (waaronder Mellier) hun meest recente resultaten presenteerden. Dialoog:
Men spreekt de laatste tijd steeds vaker over de mogelijke aanwezigheid van een component met negatieve energie in ons universum, die vanuit het gezichtspunt van de zwaartekracht afstotend is. Heeft u de effecten van gravitationele lensing overwogen die zouden resulteren uit de aanwezigheid van concentraties van dergelijke deeltjes? Dan zouden we te maken hebben met een "negatieve lensing". Ik heb dit soort fenomeen persoonlijk beschreven in een artikel dat in 1995 verscheen in
Astrophysics and Space Science
.
In dat geval zou het gaan om een leegte in een homogene verdeling van materie met positieve energie.
-
Nee, dat is niet wat ik bedoel. Het zou gaan om het overwegen van de effecten veroorzaakt door objecten met negatieve energie.
-
Dus leegtes in materie met positieve energie....
Einde van de discussie met, op de achtergrond, een zaal die volledig onverschillig is voor het probleem. Ik eindigde door tegen de deelnemers te zeggen:
We zijn in juni 2001. De analyse van de gravitationele lensing-effecten en de daaruit voortvloeiende kaartlegging leiden tot onverklaarbare objecten: de "donkere hopen". De dynamica van de sterrenstelsels "stelt het feit dat de meeste massa van hun halo in de vorm van donkere materie is", die niemand detecteert en waarvan niemand de samenstelling of oorsprong kan aangeven. Alle pogingen om deze donkere materie te identificeren zijn de afgelopen tien jaar mislukt. Een vergelijkbaar fenomeen voor sterrenstelselhopen waarbij het verhouding tussen niet-geobserveerde materie en zichtbare materie 100 is. Astronomen voorspellen ons de aanwezigheid van zwarte gaten van een miljoen zonsmassa's in het centrum van elk sterrenstelsel, en niemand observeert ze. Tijdens dit congres hebben we gezien dat collega's ons voortdurend verfijnde beelden tonen, die de Very Large Structure (VLS), de grote schaalstructuur van het universum, beschrijven. Duidelijk wordt de "zeepbubbel-afbeelding" steeds verder bevestigd. Toch hebben we gezien dat de meest geavanceerde numerieke simulaties, gebaseerd op CDM (Cold Dark Matter of koude donkere materie), een filamenteus universum produceren dat niets gemeen heeft met de waarnemingen. Hieronder is een recente afbeelding, gepresenteerd tijdens het congres.
Toch hebt u de beelden gezien die wij al acht jaar hebben geproduceerd:
en die overeenkomen met de waarnemingen:
Hoe komt het dat het onmogelijk is om een dialoog tussen deze twee ideeën te starten?
Totale stilte.
Op dezelfde tijd (juni 2001) vond in Blois een congres plaats waar fysici theorieën bespraken over de aard van een nieuw kosmisch component, genaamd door een van hen "donkere energie". Volgens sommigen is deze mysterieuze stof, die de eigenschap heeft om materie te verdringen, via een kracht die "antigravitatie" wordt genoemd, ongeveer 65% van het kosmische inhoud. Waarom "antigravitatie"? Omdat waarnemingen van supernova's met een zeer hoge rode verschuiving lijken te bevestigen dat de kosmische uitbreiding versneld wordt.
Dit object heeft verschillende namen gekregen. Het is opmerkelijk dat, op dit moment, door het gebrek aan mogelijkheid om de aanwezigheid van hun onderzoeksobject te bewijzen, of het nu experimenteel of observatorisch is, wetenschappers ... veel etiketten produceren. Een van de voorgestelde namen is:
Quintessentie
Dit woord is betekenisvol. In feite is de "quintessentie" de "vijfde essentie", de "vijfde element". Het woord is afgeleid uit de alchemie, die zich baseerde op een beschrijving van de materie volgens vier elementen: water, vuur, lucht, aarde. Dus hier is de vijfde. Onze theoretische fysica lijkt teruggegaan naar de middeleeuwen. Maar dat is niets bijzonders. In deze tijd waarin het donkerheid zich verspreidt, waarin niemand echt weet wat wat is, zoeken wetenschappers zich in verschillende vlaggen. De vlag van de astrofysici heet "donkere materie", terwijl de theoriefysici alleen nog maar op de
superkoorden vertrouwen. Het is dus niet verbaal dat de huidige wetenschappelijke congressen lijken op vergaderingen van theologen, die zich rond systemen van geloofssystemen verenigen.
De tekst van onze presentatie op het internationale congres "Where is the Matter ?".
Een beetje humor terzijde