Ik was verveeld tijdens het congres over astrofysica in Marseille
(juni 2001)
Zoektocht naar donkere materie, wanhopig.
Wetenschappers zijn zeer tevreden over de waarnemingen die zijn gedaan in het röntgenbereik met behulp van de telescopen XMM en Chandra. Hieronder een kunstenaarsbeeld van de XMM-telescoop:
Ik verwijst hier naar een al oud artikel, uit januari 2001, verschenen in het tijdschrift Ciel et Espace, geschreven door Azar Khalatbari. Hier enkele citaten:
Pagina 25:
"Tussen de sterrenstelselcluster zet materie zich samen om lange structuren, vezels, te vormen. Al dit mooie geheel blijft, op zijn eigen schaal, verbonden door de zwaartekracht. Lang hebben kosmologen zich afgevraagd hoe de organisatie van materie evolueerde naar deze vezels en of deze huidige structuren al bestonden in het verleden."
Ik vraag me dat ook af, want deze structuur bestaat, tenminste op waarnemingsniveau, alleen in het verbeeldingsspel van meneer Khalatbari. Een paar regels verder schrijft hij:
"Zonder waarnemingen van de vroege jeugd van het universum hebben kosmologen hun donkere materie en hun processors gebruikt om numerieke simulaties te maken. Resultaat: als in de verre verte de materie bestond uit zeer kleine klontjes (in astronoomstaal: als het universum fluctuaties in dichtheid kende), dan zullen deze oorspronkelijke fluctuaties met de tijd alleen maar zijn vergroot onder invloed van de zwaartekracht. Het resultaat is het huidige beeld."
Van welk beeld heeft hij het, die aardige jongen? Het artikel blijft stil over dit punt. In juni 2001 ging ik naar een internationaal congres over astrofysica en astronomie in Marseille. Het algemene thema was "Where is the matter?" (Waar is de materie?). Op dit soort bijeenkomsten worden mensen aangesteld om "surveys" of "overzichten" te geven over verschillende onderwerpen. Ik herinner me dat een Italiaan, wiens naam ik ben vergeten, was belast met het opstellen van een overzicht over de VLS, de "very large structure", de grote-schaalstructuur van het universum. Nou, nu hebben mensen steeds krachtigere telescopen. Acht meter diameter is tegenwoordig bijna standaard. Voeg daar nog de voordelen van adaptieve optica, ruimte-astronomie en al het andere aan toe. Kortom, waarnemingen worden steeds nauwkeuriger. Die Italiaan liet ons dus doorsneden van het heelal zien, uitgebreid tot afstanden van honderden miljoenen lichtjaar. Nou, mijn geheugen is nog niet verloren. Ik zag talloze afbeeldingen die aantoonden dat deze gelaagde structuur van het heelal, ontdekt aan het begin van de jaren zeventig, inderdaad bevestigd leek te worden. Vanaf welke kant je ook keek, onder welke hoek, hoe je het universum ook in plakken sneed: overal zag je dezelfde structuur in "verbindende bellen". Vervolgens presenteerde de voorzitter resultaten van arachne-achtige simulaties:
Ik bleef, ik moet toegeven, naïef verward. Toen een man een microfoon opnam en vroeg of er niemand een vraag had voor de spreker, hief ik mijn hand. Men gaf me de microfoon en voor deze groep van ongeveer tweehonderd deelnemers uit verschillende landen vroeg ik of het feit dat deze computer-simulaties en de mooie afbeeldingen van het gelaagde heelal die we een kwartier eerder hadden gezien, geen duidelijk verband leken te hebben, niet problematisch was.
Er volgde een stilte van twintig tot dertig seconden. Een volledige, dikke, knipperende stilte. Ik keek om me heen, hield mijn oren scherp: niets. Na deze halve minuut van volledige stilte had ik niets anders te doen dan me weer neerzetten. Was ik "off-topic"? Waarschijnlijk. Misschien is de tijd waarin "theoretische resultaten" verondersteld werden te passen bij waarnemingen al voorbij.
Alles doet denken aan de tegenslagen van Galileï. Toen hij zijn beroemde telescoop in handen kreeg, ontdekte hij dat sommige sterren eigenlijk dubbele systemen waren. Omdat zijn tijdgenoten sceptisch waren, nodigde hij hen uit om zelf door het instrument te kijken, wat ze deden. Denk je dat dat iets veranderde? Nee hoor. Die mensen zeiden dat het alleen maar kon zijn omdat die sterren dubbel leken in zijn instrument, rechtstreeks afkomstig uit de fornuizen van de duivel, dat ze daadwerkelijk dubbel konden zijn. Het lijkt er nu op dat hetzelfde gebeurt in de astronomie. Misschien weet je niet dat men de laatste dertig jaar nooit kon uitleggen deze gelaagde structuur van het heelal. De "crêpe-theorie" van Zel'dovitch heeft snel een einde gekregen. In feite, zodra men probeerde om "platen" van materie te maken, leidde de verwarming al snel tot het verlies van die structuren. Ah, even terzijde: ik heb je nog niet verteld met wat onze theoretische simulators hun vezelvormige structuur hebben gemaakt. Met CDM (cold dark matter, of "koude donkere materie"). In feite, net nu heb ik je het hele verhaal niet verteld. Ik weet niet waarom ik dat stukje van dit geval heb genegeerd. Om eerlijk te zijn, terwijl de Italiaan zijn presentatie zou geven, stond ik op de tweede rij, vlak naast de projector. Na mijn vraag over het duidelijke gat dat leek te bestaan tussen "theorie" en "waarneming", en na twintig goede seconden stilte, voegde ik eraan toe:
- In 1993 hadden we deze gelaagde structuur al verkregen via simulatie, uitgaande van een dubbel model.
En ik legde het volgende dia op het apparaat.
Iedereen kon dus deze afbeelding zien, en ook merken dat die aardig leek op de eerder getoonde afbeeldingen, die betrekking hadden op waarnemingen. Maar niemand zei iets, en ik stond daar als een idioot naast de projector. Iedereen wachtte duidelijk tot ik die plaat zou verwijderen, die niet in het programma stond, en me zou terugzetten. Dat heb ik uiteindelijk gedaan. Volledig mislukt....
Deze afbeelding is in 1995 gepubliceerd in Astrophysics and Space Science en maakte ook deel uit van mijn presentatie op dit congres (ik had slechts een "poster" gekregen, die niemand bekeek). Bovendien werd het ook weergegeven in mijn boek "We hebben de helft van het universum verloren" (Albin Michel 1997 en Hachette 2000, pocket).
Toen ik naar dit congres ging (het eerste waar ik sinds 17 jaar aan deelnam, omdat ik sinds 1983 geen cent meer van het CNRS krijg voor reiskosten of andere kredieten) vroeg ik me af of er een dialoog zou zijn. Mijn vrouw zei: "Maak dan maar kopieën van je artikel en leg ze op de tafels, voor de opening van de sessie op dinsdag." Dat heb ik gedaan. Ik maakte 70 kopieën van de "lange versie" van mijn artikel (64 pagina's) en legde ze allemaal op de tafels voor de eerste sessie op dinsdag om 9 uur. Alles is weggehaald. Ik vond geen enkele kopie in de prullenbakken van het congres of onder een tafel. Aan het eind van dit document stond mijn contactgegevens, mijn e-mail.
Zes maanden later: niets. Stilte. Geen enkele kleine vraag, geen greintje nieuwsgierigheid...
Het lijkt wel een sciencefictionverhaal: een wetenschapper wordt plotseling transparant zonder het te merken, hij valt in een parallel universum. Toch was ik tijdens dit congres heel goed gedragen, beleefd en discret. Ik droeg goed gekleed. Ik stelde slechts vier of vijf vragen, die allemaal op niets uitliepen. Die over de grote-schaalstructuur is er een. Maar ik kom terug op dat oude nummer van Ciel et Espace en op dat artikel van Khalatbari. Terwijl ik deze regels herlas, kreeg ik het gevoel dat ik in een soort droom zat. De astrofysica heeft al jaren een dromerige wending genomen. Op datzelfde congres ontmoette ik Meillier, die samen met Fort de eerste kaart van het "onzichtbare universum" had opgesteld door deze structuur af te leiden uit het decoderen van gravitatietrillingseffecten. Dat is niet zo moeilijk voor te stellen. Denk aan een grijze tafelkleed met witte stippen op een rode (of zwarte, aangezien het het heelal betreft) achtergrond. Als je druppels water op dit kleed legt, zullen die de afbeeldingen van de witte stippen vervormen. Als je een foto zou zien van deze tafel vanaf boven, zou je kunnen denken dat je, zonder direct het bestaan van dit water te zien (dat transparant is), het bestaan ervan kunt reconstrueren en zijn verdeling kaarten op basis van de vervorming van de afbeeldingen van de stippen. In grote lijnen is dat wat Fort en Meillier doen. Ze hebben het "onzichtbare", het "niet-geobserveerde" gekaart op basis van zwakke gravitatietrillingseffecten (weak gravitational lensing). De wereld had in 1999 een prachtige kleurenweergave van dit resultaat gepubliceerd.
Maar al toen waren er al enkele "schaduwvlekken" (voor details zie mijn presentatie op het congres van juni 2001), en het woord is goed gekozen. Inderdaad, deze kaartmethode plaatste in één of twee plaatsen concentraties van materie die minstens de massa van duizend sterrenstelsels hadden, dus de massa van de grootste bekende cluster (Coma, de Vrouwe). En op die plekken: niets zichtbaar, noch in het infrarood, noch in het ultraviolet, noch in het röntgenbereik. Meillier bevestigde dit tijdens het congres van juni 2001. Hij had zelfs, enkele maanden daarvoor, een derde "donkere cluster" van deze aard gevonden. Aangezien hij zojuist de betrouwbaarheid van zijn kaartmethode had geprezen, vroeg ik hem hoe hij dan de aanwezigheid van deze "drie donkere clusters", die zo belangrijk waren, kon verklaren. Weet je wat zijn antwoord was?
- Deze donkere clusters? Ik zal je zeggen wat ik ervan denk: persoonlijk geloof ik er niet in!
Ik kon er niets meer over horen. Hiermee betwijfelde hij zijn eigen werk, maar het leek de aanwezigen koud te laten. Daar begon ik me te vervelen. Tijdens dit congres verveelde ik me echt, ik geef het toe. Ik heb moeite om me in een sfeer te begeven waarin elke discussie lijkt afwezig of elke rationaliteit lijkt verdwenen. De rollen zijn verdeeld. De "grote namen" presenteren hun resultaten. Er zijn vragen die je niet mag stellen. Je voelt een soort samenzwering. Het spel is al gespeeld, de rollen verdeeld in een toneelstuk waarin degenen die het zoeken in cirkels geen plaats hebben.
Tijdens deze vijf dagen kende ik alleen maar een ononderbroken reeks mislukkingen. Noem er nog een. In dat oude nummer van Ciel et Espace vind ik terug wat ook een thema was van dit congres: het resultaat van metingen in het röntgenbereik. Sterrenstelselcluster zijn dus gebleken als krachtige röntgenbronnen. Tussen de 8 en 15 keV. Dat komt overeen met honderd tot tweehonderd miljoen graden. Er zou dus in deze cluster gas zijn dat op zo'n temperatuur is verwarmd. Iedereen knikte instemmend, herinnerend aan dit mysterie van het heelal. Ik was nog steeds verbijsterd:
- Laten we eens kijken. Met de volgende berekening:
geeft dit voor waterstofatomen een gemiddelde snelheid van 1500 km/s. Is dat niet normaal en redelijk? Deze snelheid komt dicht in de buurt van de ontsnappingssnelheid van sterrenstelsels. Als de atomen zich sneller hadden bewogen, zouden deze stelsels ze hebben gevangen. Meer dan vijfentwintig jaar geleden, toen men voor het eerst suggereerde dat er zo heet gas tussen sterrenstelsels kon zijn, deed ik een berekening, niet erg ingewikkeld, over de gemiddelde vrije weglengte van deze atomen, gegeven de schatting van de dichtheid. We vonden dat dit milieu zeer weinig botsingen kende en dat daarom deze temperatuur kon blijven bestaan. Anders zou de botsing tussen atomen het radiatief afkoelen van deze gasmassa hebben veroorzaakt en haar absorptie door de sterrenstelsels. Op dit punt is de interessante vraag: wat heeft deze grote hoeveelheid heet gas zo verhit? Welk verschijnsel heeft dit zo verhit? Ik stel voor dat deze warme gasmassa tegelijkertijd is gemaakt met de oorspronkelijke sterren. We weten eigenlijk nog vrij weinig over de fenomenen die vergezellen van de geboorte van sterren, vooral omdat deze geboortes plaatsvinden in het geheim van gaswolken die deze verschijnselen voor onze ogen verbergen. Tenminste weten we dat sterren van het type T-Tauri soms zeer chaotische geboorten kunnen hebben. Iedereen vraagt zich dan af: "Waarom zo'n heftigheid?" Ik zal antwoorden dat sterren met een matige oppervlaktetemperatuur zoals onze zon toch in staat zijn om in hun omgeving een korona te creëren die veel warmer is, op miljoenen graden.
Toen probeerde ik in een paar zinnen het proces van
MHD-verwarming van de zonnekorona
te schetsen. En voegde eraan toe:
- Persoonlijk denk ik dat de geboorte van oorspronkelijke sterren, die nu oude sterren zijn geworden, vergezeld ging van hevige MHD-verwarmingsverschijnselen, zodat de atomen in dit gas een temperatuur kregen die hoger was dan de ontsnappingssnelheid van het sterrenstelsel waar ze toe behoorden, waardoor ze zonder hoop op terugkeer verlieten.
Het gaat hier alleen om eenvoudige berekeningen uit de kinetische theorie van gassen. Maar als ik in het Martsiaans had gesproken, zou mijn mislukking niet anders zijn geweest dan die welke mijn woorden ontmoette. Stel je de scène voor: een zestiger (uw dienaar) neemt het woord. Volledige stilte in de zaal. Men wacht alleen maar geduldig tot deze vervelende man zich terugzet. Toch is het idee zelf interessant. Je kunt je voorstellen dat wanneer een sterrenstelsel zich vormt, deze geboorte vergezeld kan gaan van veel sterrenvorming en een grote energie-uitbarsting. Dit systeem lijkt dan op een "oven". Een massief sterrenstelsel zou meer kans hebben om het residu-gas te verwarmen tot het ontsnapt, waardoor thermische bewegingssnelheden ontstaan die hoger zijn dan de ontsnappingssnelheid. Ik denk aan massieve, weinig gasrijke elliptische sterrenstelsels. Omgekeerd zouden kleinere sterrenstelsels hun gas kunnen houden op afstand, zonder dat de waterstofatomen voldoende snelheid krijgen om te ontsnappen.
Je kunt ook denken dat elliptische sterrenstelsels sterrenstelsels zijn die botsingen hebben ondergaan, samengevoegd zijn, en dat tijdens deze processen het residu-gas zo verhit werd dat het ontsnapte. Deze gedachte is ook geldig en kan besproken worden. Daarom begrijp ik niet waarom men de aanwezigheid van dit waterstofgas op honderd en wat miljoen graden tussen sterrenstelsels als een volledig mysterie beschouwt. Maar misschien is de tijd wel geobsedeerd door mysterie, wie weet?
Tijdens dit congres presenteerde een jonge Amerikaanse het resultaat van haar simulaties op computer om de vorming van sterrenstelsels te simuleren. Ze kreeg dus klontjes, uitgaande van koude donkere materie, die zoals iedereen weet 90 of 95% van de kosmische bouwstoffen uitmaakt. Maar deze jonge vrouw was ontdaan: haar sterrenstelsels draaiden niet.
- We hebben nu een nieuw probleem voor ons, riep met nadruk Alain Blanchard, leider van de "Nieuwe Kosmologen" uit Frankrijk.
Ik vroeg aan de Amerikaanse of ze rekening had gehouden met de uitbreiding. Nee... antwoordde ze erg verlegen. Bovendien... was de persoon in haar team die zich bezighield met kosmologie er niet bij. Nou, de uitbreiding is toch kosmologie....
Natuurlijk, maar in de tijd dat men aannam dat sterrenstelsels konden ontstaan, was het heelal nog steeds sterk samengeperst. Als je bijvoorbeeld 100 miljoen jaar vergelijkt met vijftien miljard jaar en je houdt rekening met een wet waarbij afstanden variëren met t2/3, dan kom je erop dat deze proto-sterrenstelsels op het moment van hun geboorte 130 keer dichter bij elkaar moesten zijn dan nu (wat onze Melkweg en Andromeda "gezicht tegen gezicht" zou plaatsen). Met andere woorden, ze moesten vrijwel in contact zijn geweest. Ik concludeer dat deze proto-sterrenstelsels op dat moment een botsende omgeving vormden en dat de uitbreiding hun botsingsfrequentie heeft doen dalen. Vandaag is de gemiddelde vrije weglengte van een sterrenstelsel in een cluster van dezelfde orde als de leeftijd van het universum zelf. Dit verschijnsel is nu zeldzaam, maar we zien nog steeds talloze systemen van twee sterrenstelsels in interactie. Ik denk dat proto-cluster zich gedroegen als botsende gasdeeltjes en dus streefden naar thermodynamisch evenwicht, waarbij verschillende energieën tendeerden tot gelijkheid (translatie, rotatie). Maar de uitbreiding verwoest dit proces, dus zou het milieu "buiten evenwicht" zijn gebleven. Toen ik probeerde deze kant van het onderwerp te bespreken, nog een mislukking, nog een stilte.
Ik las in een recenter nummer van Ciel et Espace dat het kleine aantal sterren met zeer lage massa's in clusters een mysterie is. Het lijkt mij echter dat dit ook kan worden verklaard door eenvoudige principes uit de kinetische theorie van gassen en thermodynamica. In een gasmengsel waarin twee soorten atomen met verschillende massa's bestaan, tendeerden de gemiddelde kinetische energieën van elk deeltje tot gelijkheid. Bijvoorbeeld, een waterstofplasma bij temperatuur T (voldoende hoog om ionisatie te behouden) zijn elektronen gemiddeld 43 keer sneller dan protonen. Dit getal komt overeen met de vierkantswortel van het massa-verhouding.
Anders geformuleerd, kun je ook spreken in termen van een slinger-effect, zeggend dat zware sterren lichtere versnellen en ze uit het cluster wegjagen. Maar eerlijk gezegd: heb je ooit ergens in de astrofysica een dergelijk redenering gezien of gehoord? Een waarnemer is iemand die toegang heeft tot een groot instrument. Een "theoreticus" is iemand die toegang heeft tot een groot computer. Geen behoefte aan materie grijs:
Mijn machine, van alles, zorgt voor zichzelf...
Bij het observatorium van Marseille hebben we een team mensen dat al 20 tot 25 jaar hun computers elke ochtend op volle druk zetten. In het hart van deze smidse: het paar Bosma (van Nederlandse afkomst) en Athanassoula (van Griekse afkomst).
Albert Bosma, astrofysicus. Laboratorium voor Astrofysica van Marseille
Wat zij doen, is altijd een raadsel voor mij geweest. Tijdens 25 jaar probeerde Athanassoula om sterrenstelsels te maken waarvan de spiraalstructuren niet langer dan één omwenteling hielden. Vandaag richt ze zich op sterrenstelselcluster, "waarvan ze de geheimen probeert te ontsluieren". Haar echtgenoot, Bosma, bestrijkt de sterrenstelsels met donkere materie in een passende hoeveelheid, voorziet ze van wat deze mensen een "halo" noemen, totdat alles de rotatiecurves teruggeeft. Alles lijkt vervelend tot het uiterste.
Wozniak was een leerling van Athanassoula. Maar het lijkt erop dat hij enkele jaren geleden een breuk maakte. Die man simuleert nu door zijn sterrenstelsels empirisch af te koelen, hier en daar. Om te voorkomen dat de verliezende processen de sterren te snel versnellen, vertraagt hij ze met kleine stoten. Ik stel me hem voor rond zijn sterrenstelsel, zoals een monteur met een spons. Klik, koelt hij hier af, klik, koelt hij daar af.
Weet je wat? De astrofysica bestaat niet meer. In het DEA worden studenten geleerd om vertrouwd te raken met het grote masturbatie-instrument van deze tijd, de enorme, belachelijke machine die het brein ontneemt: de computer. Het ding dat denken voorkomt. Vlasov-vergelijking, Poisson-vergelijking? Oeh, oeh, dat is te ingewikkeld. Newton-wet en klaar...
Uiteindelijk, door ons te dwingen om donkere materie te zoeken, merken onze astrofysici zelfs niet meer dat ze hun materie grijs zijn kwijtgeraakt.
Teller geïnitialiseerd op 12 december 2001. Aantal bezoeken:
Terug