Ongelofelijk maar waar: natuurkundigen zijn er in geslaagd twee ijle gaswolken op elkaar af te laten kaatsen. Hoe kregen ze dat voor elkaar?
Twee wolkjes lithium-6 atomen smelten niet samen maar botsen met elkaar.
Het recept in het kort: men neme een wolkje ultrakoude lithium-6 atomen, minder dan een miljardste kelvin boven het absolute nulpunt. De dichtheid is een miljoenste van die van lucht. Splits de gaswolk met behulp van een magneetveld in deeltjes met een spin omhoog en omlaag. Stuur ze vervolgens op elkaar af.
Onder deze omstandigheden nemen kwantummechanische effecten het over en gebeuren er bizarre dingen. Atomen veranderen in wazige vlekken met een enorme doorsnede. Naar blijkt, stoten de gaswolkjes met spin omhoog en spin omlaag elkaar af. Uiteindelijk mengen ze zich toch, maar dit neemt meer dan een seconde in beslag. Een eeuwigheid, naar kwantummechanische maatstaven. Spin is een kwantummechanische eigenschap die je het beste kan vergelijken met draairichting, zij het een met nogal bizarre eigenschappen. Zo is de spin altijd hetzelfde, van welke richting je ook kijkt. Ook kan de spin alleen in halve of hele eenheden voorkomen.
De atomen in deze gaswolkjes zijn fermionen: een term voor alle deeltjes en samengestelde deeltjes met een oneven spin. Er is namelijk een oneven aantal elektronen (het atoomnummer van lithium is drie). Deeltjes met een even spin zijn bosonen. Helium-4 is bijvoorbeeld een boson, omdat er een even aantal elektronen en kerndeeltjes in voorkomt, helium-3 een fermion, omdat er in helium-3 een oneven aantal deeltjes voorkomt.
In veel opzichten gedragen alle fermionen zich op een vergelijkbare manier (net als voor bosonen onderling geldt). Het gedrag van deze lithiumatomen wordt ook vertoond door andere fermionen, zoals elektronen in een supergeleider en quarks in neutronensterren. Met andere woorden: hiermee hebben de onderzoekers een model gecreëerd dat kan worden gebruikt om het binnenste van neutronensterren of hoge-temperatuur supergeleiders te simuleren.
Ook nemen we hiermee als het ware een kijkje in de zeer verre toekomst, als door de uitzetting van het heelal de achtergrondstraling is afgekoeld tot een miljardste graad boven het absolute nulpunt. Wie weet maakt leven dan gebruik van dit soort bizarre processen.
Onzichtbaar voor de mensheid worden we mogelijk omringd door buitenaardse luisterposten. Tijd krijgt op de afstanden tussen de sterren een andere betekenis. Interstellaire beschavingen moeten denken in duizenden jaren, misschien miljoenen jaren. Wat als een buitenaardse beschaving overal in het melkwegstelsel afluisterapparatuur heeft geplaatst?
Ons melkwegstelsel is immens groot. Alleen al het aantal sterren bedraagt om en nabij de driehonderd miljard. Dat betekent driehonderd miljard potentiële zonnestelsels waar zich leven kan ontwikkelen of andere interessante dingen kunnen gebeuren. Uit waarnemingen van de Kepler satelliet weten we dat een aanzienlijk percentage van deze sterren, twintig procent of meer, over een planetenstelsel beschikt. Het zou een onvoorstelbare hoeveelheid hulpbronnen kosten om in de buurt van elke ster een bemande basis te hebben of elk zonnestelsel uit te kammen naar mogelijk leven.
Op lichtjaren afstand is alleen informatie nog interessant.
Heelal is extreem groot
Dit geldt nog sterker als het er om gaat om naburige melkwegstelsels te verkennen. De reisafstanden die in ons melkwegstelsel al zeer groot zijn (duizenden lichtjaren) groeien dan uit tot honderdmaal zoveel of meer. Zelfs onze nabije buur, het Andromedastelsel, bevindt zich op meer dan twee miljoen lichtjaar afstand. Het kost onpraktisch veel energie om met een groot ruimteschip op die manier van ons melkwegstelsel naar buurstelsels te reizen. Ook betekenen snelheden in de buurt van de lichtsnelheid dat zelfs zeer kleine voorwerpen waarmee het ruimteschip in botsing komt, een even grote (of zelfs grotere) explosie veroorzaken als een brok antimaterie had gedaan. De situatie wordt heel anders voor veel kleinere ruimteschepen of ruimtesondes. Al eerder beschreven we een omstreden plan om naburige sterren in te zaaien met aardse bacterieën.
Intelligent stof
Ditzelfde principe kan ook gebruikt worden om intelligent stof van de ene ster naar de andere te sturen. Het is mogelijk, onvoorstelbaar veel informatie op te slaan in materie door bits als atomen te coderen. Volgens sommige wetenschappers zouden we bijvoorbeeld alle menselijke herinneringen op kunnen slaan in een stofje. Eenmaal aangekomen in een ander stersysteem kan het minuscule ruimteschip landen op een asteroïde, als een Von Neumann-machine beginnen met het opnemen van energie en materie en hier uitgroeien tot een volwaardig zend- en ontvangststation, bijvoorbeeld een enorme radiotelescoop.
De volgroeide robot zou kopieën van zichzelf, “zaden”, op pad kunnen sturen naar naburige stelsels waar nog geen sensor aanwezig is. Een zelfreparerend waarnemingsstation (of een kolonie van stations) zou het miljarden jaren uit kunnen houden en geregeld contact houden met collega-stations elders in de Melkweg.
Waarom een sensornetwerk en geen massale kolonisatie?
Er is eigenlijk maar één ding dat de moeite waard is om over afstanden van vele lichtjaren te transporteren. Dat is informatie. Inderdaad is het mogelijk met deze technologie in redelijk korte tijd, bijvoorbeeld tien miljoen jaar, de hele melkweg te koloniseren. De informatieinhoud hiervan zou echter uiterst beperkt zijn. Wie weet helpen we zelfs allerlei unieke soorten, beschavingen en verschijnselen om zeep. Het interstellaire afluisternetwerk zou voor intelligente buitenaardse wezens echter heel veel kennis opleveren. Kennis waarmee mogelijk nieuwe natuurkundige doorbraken zijn te bereiken of kosmische curiositeiten zijn op te sporen. De ontdekking van een planeet met leven zou uiteraard groot nieuws zijn, die van intelligente wezens een sensatie van de eerste orde. Waarschijnlijk is onze entertainmentwaarde veel groter dan dat zielige beetje grondstoffen dat hier te halen is…
Ongelofelijk maar waar: planeten kunnen een stabiele baan afleggen binnen bepaalde typen zwarte gaten. Ze draaien hierbij om singulariteiten, ontdekte de Russische fysicus Vyacheslav Dokuchaev.
De directe omgeving van actieve zwarte gaten zendt veel röntgenstraling uit. Bron: NASA’s Goddard Space Flight Center
Wat zijn zwarte gaten? Zwarte gaten worden voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Een zwart gat is een gebied in de ruimte met een ontsnappingssnelheid groter dan de lichtsnelheid. Als gevolg hiervan kan zelfs licht niet ontsnappen (met als gevolg dat alles binnen de waarnemingshorizon van een zwart gat onzichtbaar is). Alles binnen de waarnemingshorizon eindigt binnen korte tijd onherroepelijk als een spaghettisliert die in een razend tempo in een punt met oneindige dichtheid, de singulariteit, samen wordt geperst. Er zijn enkele verschijnselen in ons melkwegstelsel, zoals de röntgenbron Cygnus X-1 en het extreem zware object Sagittarius A* in het centrum van ons melkwegstelsel, die het beste verklaard kunnen worden door aan te nemen dat het hier om zwarte gaten gaat.
Kortom, niet echt objecten waarbinnen planeten zouden kunnen bestaan, zou je op het eerste gezicht zeggen. Echter, schijn bedriegt, zo blijkt uit berekeningen. Er zijn namelijk bepaalde typen zwarte gaten met meerdere singulariteiten waarbinnen een stabiele omloopbaan mogelijk is. Dit is dan direct de meest bizarre omloopbaan ooit berekend. Het gaat hier om roterende of elektrisch geladen zwarte gaten (in vaktermen: Kerr- of Nordström zwarte gaten). In deze typen zwarte gaten vormen de singulariteiten niet punten, maar lussen. In een zwart gat worden ruimte en tijd met elkaar verwisseld. Leven zoals we dat hier kennen is daar onmogelijk.
De omloopbaan van planeten binnen zwarte gaten zijn zeer bizar.
Eilandje van normaliteit Het is echter bekend dat in Kerr– en Reissner-Nordström zwarte gaten een tweede (Cauchy) horizon bestaat, waarbinnen ruimte en tijd weer hun bekende configuratie innemen. Dokuchaev berekende dat binnen deze horizon stabiele omloopbanen mogelijk zijn. Deze hebben een rijke structuur (natuurkundigen-speak voor een ingewikkelde structuur). Objecten in deze baan worden helder verlicht door de singulariteiten en door fotonen die hier gevangen zitten. In principe, stelt Dokuchaev, zijn dus planeten met eventueel leven op deze plek denkbaar. Hij stelt zelfs voor dat vergevorderde beschavingen het binnenste van een zwart gat koloniseren. Het is namelijk de beste plek om het einde van het heelal zo lang mogelijk te overleven en de bizarre natuurkunde in dit gebied is waarschijnlijk zeer interessant voor allerlei toepassingen die we nu nog net kunnen overzien.
Een dergelijke beschaving zou wel te kampen hebben met de extreem energierijke straling in dit gebied en mogelijk schendingen in causaliteit – met andere woorden: fundamenteel onvoorspelbare en onverklaarbare dingen. Kortom: ideaal geschikt voor mensen die van onverwachte dingen houden.
Stel, je wordt op een dag wakker. Je ziet een enorme vloot UFO’s boven je zweven. Plotseling zie je de huizen in je straat in brand vliegen. In paniek ren je je straat uit. Dan een witte flits… Al sinds Enrico Fermi zijn beroemde paradox verwoordde: als er intelligente buitenaardse wezens zijn, waarom zijn ze dan niet hier, worden er verklaringen bedacht. Eén ervan werd zelfs verfilmd in de film Independence Day. Zouden aliens zich schuil houden omdat het heelal vergeven is van buitenaardse piraten? Kwantuminformaticus Adrian Kent denkt van wel.
Wat als ET besluit ons knusse, gerieflijke planeetje over te nemen?
Oorlogszuchtige samenlevingen eerder regel dan uitzondering.
Als menselijke soort hebben we de nodige ervaring met vreedzame samenlevingen, die op een dag werden geconfronteerd met oorlogszuchtige nieuwkomers. Hierbij gaat het westen bepaald niet vrijuit. Denk aan hoe het af is gelopen met de inheemse Amerikanen, de Tasmaniërs en de Hawaiianen. Als we op een grotere schaal denken kan ditzelfde fenomeen zich ook op kosmische schaal voordoen. Stel, er zijn maar weinig plaatsen waar intelligent leven zich kan ontwikkelen en handhaven. Op zich is dit niet ondenkbaar. Stel, de aarde is één van die gewilde zeldzame stukken kosmische real estate. Eén van de weinige werelden in het heelal, waar je zonder een ademmasker en een drukpak van wuivende palmen op een warm strand kan genieten, zonder dat je maandenlang door moet brengen in een nucleaire detox-kliniek.
Volgens Adrian Kent zijn er veel buitenaardse beschavingen, hebben ze ook veelvuldig contact met elkaar, maar had dat vernietigende gevolgen. De kans is immers veel groter dat een agressieve, Klingon-achtige soort zich snel uitbreidt dan dat een vreedzame, contemplatieve soort dat doet. De stichters van grote wereldrijken, zoals de Perzen, islamieten, Mongolen en Engelsen waren militaristische culturen. Dat is ook de reden dat Engels en Spaans wereldtalen zijn en niet bijvoorbeeld het Tagalog of Etruskisch. Met vreedzame culturen liep het aanmerkelijk akeliger af.
Survival of the most silent
Gezien de enige afstanden in het heelal zou een koloniserende soort alleen afgaan op bestemmingen die de lange reis waard zijn. De beste indicatie daarvoor is uiteraard de aanwezigheid van een intelligente soort. Luidruchtige beschavingen zijn volgens hem als eerste aan de beurt om door interstellaire veroveraars bezocht te worden. Op die manier zouden alleen buitenaardse beschavingen die een radiostilte in acht nemen, het overleefd hebben. Een soort evolutie dus op galactische schaal. Het is dus verstandiger niet al te veel ruchtbaarheid te geven aan het bestaan van ons knusse, paradijselijke planeetje.
Heeft Kent gelijk?
Het maken van een reis naar een andere ster is uiterst moeilijk. Stel je voor een reis naar Jupiter, maal honderdduizend of meer. Zelfs het licht doet er al vier jaar over om naar Alfa Centauri te reizen, een technisch haalbaar ruimteschip vierhonderd tot vierduizend jaar. Oorlog voeren is wegens de extreem lange verbindingslijnen eveneens uiterst lastig. Heb je als interstellaire beschaving de hulpbronnen voor reizen naar een andere ster, dan is het veel interessanter die voor de ontwikkeling van een een onbewoond sterrenstelsel te benutten. Andere beschavingen bieden daarentegen nieuwe technieken, filosofieën en heel veel fascinerende gegevens. Het uitwisselen van ideeën en informatie levert veel meer op dan een oorlog (die op deze enorme afstanden uiterst onpraktisch is). Zeg nou zelf, als jij zelf slim genoeg bent om tussen de sterren te kunnen reizen, zou jij de schitterende tempels op het Indonesische eiland Bali tegen de vlakte willen gooien om daar Hollandse snackbars of Belgische frietkotten te bouwen?
Sommige spiraalstelsels, zoals de Melkweg, vertonen een mysterieuze balk in het centrum. Slecht nieuws, denken astronomen, want dat zou betekenen dat het Melkwegstelsel ten dode is opgeschreven. De Australische astronoom Sidney van den Bergh denkt nu dat balken tijdelijk zijn en dat de gevolgen voor de Melkweg minder sinister zijn dan het tot nu toe leek…
Hubbles stemvork
In Hubble's indeling zijn er drie takken: elliptische stelsels, spiraalstelsels en balkstelsels.
Melkwegstelsels komen in meerdere vormen voor: spiraalstelsels, zoals het onze, elliptische stelsels, die zeer groot zijn en over het algemeen ontstaan zijn na botsing van andere melkwegstelsels en tot slot onregelmatige melkwegstelsels, waarvan de vormen nogal afwijken van andere melkwegstelsels. Die laatste groep bestaat uit heel veel verschillende soorten, denk aan melkwegstelsels met vrijwel alleen donkere materie, bizarre ringen als Hoags Object, door de zwaartekracht van andere stelsels uit elkaar getrokken stelsels en dergelijke.
Ook spiraalstelsels worden weer onderverdeeld, namelijk in groepen met en zonder centrale balk. Tot voor kort werd gedacht dat het Melkwegstelsel geen centrale balk had, maar dat blijkt dus niet te kloppen. Verder komen er kleinere dwergstelsels voor, zoals bolvormige sterhopen, dwergelliptische en dwergspiraalstelsels. Deze stelsels worden onderverdeeld met behulp van Hubble’s stemvork. Onregelmatige stelsels vallen hier buiten.
Balk komt vaker voor in oudere melkwegstelsels
Op dit moment is de manier waarop melkwegstelsels zich vormen en ontwikkelen nog steeds met veel raadsels omgeven. Een bekend astronomisch raadsel is de vraag waarom er in sommige melkwegstelsels balken ontstaan. Eerder onderzoek leek aan te geven dat de vorming van de balk een verouderingsverschijnsel is: de vorming van een balk zou dan ongeveer twee miljard jaar duren. In vroege melkwegstelsels komt maar in ongeveer twintig procent van de spiraalstelsels een balk voor; bij onze kosmische buren is dat zeventig procent.
Geen relatie tussen leeftijd en optreden balk
Sidney van den Bergh besloot deze veronderstelling eens te onderzoeken bij A Revised Shapley-Ames Catalog of Bright Galaxies, een lijst van vijfhonderd melkwegstelsels, en kwam tot verrassende conclusies. Het is namelijk mogelijk de levensduur van sterren (en het gas waaruit ze gevormd zijn) vast te stellen aan de hand van hun spectrum. Oudere melkwegstelsels zijn aanmerkelijk roder dan jonge, omdat de felle blauwe en witte reuzensterren snel opbranden.
Balken tijdelijk?
Hij ontdekte dat er geen enkel verband bestaat tussen kleurverdeling en het al dan niet optreden van de balk. Van den Bergh denkt daarom dat de balken verschijnen en verdwijnen, vluchtige structuren zijn dus en dat als zich eenmaal een balk heeft gevormd, deze langzaam weer oplost in het niets. Veel astronomen zijn het echter niet eens met deze interpretatie. Wat de werkelijke oorzaak is van het optreden van de balken blijft dus een raadsel. Door sommigen wordt gedacht dat ze ontstaan omdat door resonantieeffecten grote hoeveelheden gas naar binnen worden gezogen, want de melkwegkernen van melkwegstelsels met een balk zijn opmerkelijk actief. Er is nog steeds geen definitieve verklaring.
Kardashev-III?
Een Kardashev III beschaving misschien, die op die manier probeert het stervende hart weer nieuw leven in te blazen of het enorme zwarte gat in het centrum op te peppen? Dat zou verklaren waarom ze veel vaker voorkomen in oudere melkwegstelsels en er tegelijkertijd geen verschillen zijn in samenstelling van het gas. Een wat minder woeste verklaring is dat het te maken heeft met de verdeling van donkere materie in het melkwegstelsel die mogelijk anders is in het centrum bij balkspiraalstelsels.
Slecht nieuws voor science fiction liefhebbers of mensen met spijt. In een metamateriaal waarin de Big Bang is nagebootst, is aangetoond waarom de thermodynamische tijdpijl en de kosmologische tijdpijl samenvallen. Tijdreizen is dus onmogelijk. Of toch niet?
Wat is een tijdpijl?
Wij nemen waar dat tijd verstrijkt. Dat weten we op twee manieren: omdat de entropie (de wanorde) toeneemt (de reden dat kapotgevallen eieren niet vanzelf weer heel worden) en omdat we als we naar verre melkwegstelsels kijken, deze duidelijk primitiever zijn dan die van ons. Met andere woorden: in ons heelal wijzen de thermodynamische tijdpijl en de kosmologische tijdpijl dezelfde richting op. Tot nu toe wisten natuurkundigen niet waarom deze tijdpijlen dezelfde kant op wijzen.(Een aannemelijke verklaring is uiteraard dat in een steeds groter wordend heelal, ook de maximale mogelijke entropie groter wordt).
Ruimtetijd nagebootst in metamateriaal
Metamaterialen zijn materialen die bestaan uit laagjes of andere structuren van verschillende materialen. Daarmee is het mogelijk deze materialen bijzondere eigenschappen te geven die met monomoleculaire materialen niet te bereiken zijn. Al eerder slaagden materiaalonderzoekers er in om dingen als zwarte gaten en een multiversum te creëren met behulp van metamaterialen.
Nu is Igor Smolyaninov met collega Yu-Ju Hung aan the Universiteit van Maryland, College Park, er in geslaagd de Big Bang na te bootsen in een metamateriaal dat wiskundig op dezelfde manier kan worden beschreven als ruimtetijd. In het metamateriaal staan de x- en y-richtingen (bijv. noord-zuid; oost-west) voor ruimte, de z-richting (naar boven) voor tijd. Met andere woorden: ruimtetijd breidt zich naar boven uit als een kegel. Anders geformuleerd: de uitbreiding van de cirkel levert de kosmologische tijdpijl.
Smolyanov bootste de Big Bang na in zijn metamateriaal. En helaas... tijdreizen is onmogelijk. Tenminste als je niet kan ontsnappen aan onze ruimtetijd...
Tijdreizen kan niet?
Smolyaninov is geïnteresseerd in de thermodynamische tijdpijl. Dus moest hij een eigenschap in het metamateriaal vinden die overeen komt met entropie. Dat werd de mate waarin lichtstralen die door de kegel worden gestuurd, worden verstrooid. Interessant is dat zich in het metamateriaal ook spontaan een thermodynamische tijdpijl manifesteert. Hiermee is ook de vraag te beantwoorden of tijdmchines mogelijk zijn. Tijdmachines volgen in feite een gesloten wereldlijn. Stel, je reist terug in de tijd, dan kan je op een gegeven moment jezelf tegenkomen je wereldlijn kruist dan zichzelf. In een gedachtenexperiment stelde hij een metamateriaal samen in de vorm van het oppervlak van een cilinder waarin bewegen door de ruimte kan door omhoog of onlaag te bewegen en bewegen door de tijd door om de cilinder heen te bewegen: circulaire tijd dus. Het bleek nu dat een deeltje dat zichzelf kruiste, niet iets waarnam dat lijkt op onze tijd. Dus als een tijdmachine terugreist in de tijd, nemen wij dat niet waar als tijd.
Zijn we alleen in het heelal? SETI, het project waarmee radiotelescopen proberen buitenaardse beschavingen op te sporen, heeft tot nu toe nog geen resultaat opgeleverd. Misschien zoeken we wel helemaal verkeerd. Vergevorderde beschavingen hebben volgens theorieën van onder meer Freeman Dyson en anderen verregaande invloed op hun directe omgeving…
Kloppen de veronderstellingen van SETI wel?
Kijken we wel op de juiste plek naar ET?
SETI, de Search for Extra Terrestrial Intelligence, gaat er van uit dat aliens net als wij nogal luidruchtig zijn. De allerkrachtigste aardse radiozenders zenden minder dan een megawatt uit en zijn met een uiterst gevoelige radiotelescoop op een afstand van enkele honderden lichtjaren te horen. Voor interplanetaire radar wordt nu overigens gewerkt aan zenders met een vermogen van gigawatts. Dit zou het bereik dertig keer zo groot maken. In feite is een hoog vermogen niet zo logisch als het lijkt. Maken zender en ontvanger bijvoorbeeld gebruik van kwantumverstrengeling, dan kan het vermogen met factor duizend omlaag. Ook vindt op dit moment de meeste communicatie al plaats via glasvezel, niet meer door de ether. Er is grote kans dat over enkele tientallen jaren het aardse ethergeraas is verstomd tot een gefluister.
Chemische signalen van buitenaardse beschavingen
Ons aardoppervlak ziet er heel anders uit dan tienduizend jaar geleden. De reden: mensen hebben een groot deel van de oppervlakte in gebruik voor landbouw. Zelfs toen er nog geen radiogolven werden uitgezonden, zou een buitenaards wezen de merkwaardig regelmatige akkers zien. Misschien zouden ze met bijvoorbeeld Fourieranalyse regelmatige patronen in exoplanetaire straling aan kunnen tonen. Op grotere afstand zouden aliens in de atmosfeer sporen freon en andere industriële gassen kunnen ontdekken.
Wij kunnen hetzelfde doen. Door het spectrum van exoplaneten onder de loep te nemen kunnen we zien of er chemische verbindingen in de atmosfeer voorkomen die alleen op kunstmatige manier kunnen ontstaan.Leven opsporen is makkelijker: daarvoor hoeven we alleen te kijken naar afwijkingen van de thermodynamische verdeling van verbindingen. Zo komen aminozuren (bouwstenen van eiwitten) uit buitenaardse meteorieten in heel andere verhoudingen voor dan in levende organismen op aarde.
Dysonschillen
De afstanden tussen sterren zijn enorm (de afstand van de aarde tot Alfa Centauri, onze buurster, is 280 000 maal zo groot als die van de aarde tot de zon) en snelheden dicht bij de lichtsnelheid bereiken kost heel veel energie. Botsingen bij relativistische snelheden zijn dodelijk: zelfs een brokstuk van een gram ontploft met de kracht van een Hiroshima-bom.
Het is dus logischer dat ET het planetenstelsel om de eigen moederster onder handen neemt, Kardashev-II. Hier kunnen we sporen van zien. Natuurlijke puinringen hebben uiteindelijk de neiging zich te ontwikkelen tot een platte schijf, ongeveer zoals het ringenstelsel van Saturnus. Voor buitenaardse wezens is deze configuratie van ruimtekolonies niet logisch. Hiermee zouden ze immers het zonlicht afschermen. Het is slimmer verschillende omloopbanen te hebben die elk een hoek maken met de andere omloopbanen om zo het licht van de hele zon te kunnen benutten. Dyson stelde oorspronkelijk voor om een massieve schil om de moederster heen te bouwen maar de krachten die nodig zijn om die intact te houden gaan die van elk bekend materiaal ver te boven,. Een ontwikkeld Kardashev-II planetenstelsel zal er daarom van grote afstand uitzien als een bolvormige wolk puin die gloeit met een temperatuur van rond de dertig graden. Ongeveer zo warm als het object WD 0806-661 B…
Sommige sterren vlak bij de kern van het melkwegstelsel NGC 1700 draaien tegen de draairichting van de rest van het melkwegstelsel in. Een bewijs voor het opeten van een kleiner melkwegstelsel, stellen drie astronomen van de sterrenwacht van Tenerife.
NGC 1700 blijkt een ander melkwegstelsel opgeslokt te hebben.
Botsingen en zwaartekrachtseffecten (die uiteindelijk op een vorm van zachte botsing neerkomen) zorgen er gewoonlijk voor dat sterren, planeten en andere objecten die zich in een baan om een zwaarder object bevinden, uiteindelijk in dezelfde richting gaan draaien. Om die reden zijn uitzonderingen op die regel uiterst zeldzaam. Vandaar dat astronomen verrast werden door sterren in de kern van sommige melkwegstelsels, waaronder het elliptische melkwegstelsel NGC 1700, die tegen de draairichting van de rest van het stelsel in bewogen. De eerste waarneming van dergelijke sterren dateert al van vele jaren terug.
In NGC 1700, een elliptisch melkwegstelsel 160 miljoen lichtjaar van ons verwijderd, is nu ontdekt dat de tegendraadse sterren in het binnenste van deze melkweg niet alleen tegen de draairichting van het stelsel in gaan, maar ook veel jonger zijn, onder meer omdat ze veel meer zware elementen bevatten. Zeer oude, zogeheten populatie-II sterren (zoals in de meeste kernen van melkwegstelsels voorkomen) bevatten nauwelijks zware elementen zoals ijzer en magnesium (waar de metingen aan zijn uitgevoerd). In de tijd dat ze werden gevormd waren er nog nauwelijks supernova’s geweest die deze sterren konden verrijken met deze elementen (m.u.v. de nog nooit waargenomen, veronderstelde populatie-III hypernova’s).
Deze waarneming van Kaj Kolja Kleineberg en collega’s Sánchez-Blázquez en Vazdekis is een bevestiging van een theorie dat melkwegstelsels geregeld andere stelsels opslokken. De ’tegendraadse’ jonge populatie-I sterren (de zon is een populatie-I ster) zijn dan een overblijfsel van het andere melkwegstelsel, de naweeën van de botsing.
De sterren die met de rest van het melkwegstelsel meedraaien blijken, zoals gebruikelijk in het centrum van oudere melkwegstelsels, vrijwel alle tot de oude populatie II te behoren.
Waarom staan vertegenwoordigers van buitenaardse beschavingen nog steeds niet op aarde? Misschien omdat er veel interessantere bestemmingen zijn…
Fermi-paradox
We weten dat er alleen al in ons melkwegstelsel een verbijsterend groot aantal sterren is (plm. 300 miljard) is. Een groot deel hiervan beschikt over planeten waar zich leven op kan ontwikkelen. Toch staan de aliens nog steeds niet hier, terwijl het heelal al dertien miljard jaar oud is.
Onze Melkweg is net als buurstelsel Andromeda (hier getoond) enorm groot: driehonderd miljard sterren. Het zou dus moeten krioelen van de buitenaardse beschavingen...
Zelfs als je net als Gerardus ’t Hooft gelooft dat we nooit relativistische snelheden zullen bereiken zonder onder te gaan in een vloed van straling, is zelfs een duizendste van de lichtsnelheid (300 km/s, de helft van de ontsnappingssnelheid van de zon, Pioneer 10 en 11 hebben al een hogere snelheid bereikt) voldoende om in vijftig miljoen jaar de vijftigduizend lichtjaar van het ene einde naar het andere einde van de Melkweg af te leggen (en dus te koloniseren). Kortom: elk zonnestelsel binnen de Melkweg zou moeten zieden van de aliens. Het antwoord op deze Fermi-paradox is dan ook een groot raadsel. In dit artikel de eerste mogelijke verklaring: misschien is het voor aliens helemaal niet interessant om de moeilijke reis naar de aarde te ondernemen omdat er andere, interessantere heelallen of parallelle werelden bestaan.
Bestaat er meer dimensies buiten ruimtetijd?
Is de driedimensionale ruimte met eendimensionale tijd waarin we leven alles wat er bestaat? Volgens één van de bijna oneindig veel varianten van de omstreden snaartheorie niet en leven we in een elfdimensionaal heelal. Vier dimensies in ons heelal en zeven opgerolde dimensies in bijvoorbeeld een Kaluza-Klein ruimte waar we niets meer van merken. Andere varianten kennen zelfs negentien dimensies of een ander getal. Misschien dat deze opgerolde dimensies een enorm nog onontdekt universum opleveren. Of quintiljarden universa.
Veel parallelle heelallen
De snaartheorie is niet de enige die dit claimt.
Misschien biedt hyperspace zoveel mogelijkheden dat ons saaie heelal voor aliens ongeveer zo boeiend is als de peuterspeelzaal.
Ons heelal blijkt namelijk wel erg gastvrij voor leven. Zo zijn de vier natuurkrachten zo op elkaar afgestemd dat er kernfusie plaats kan vinden. Was bijvoorbeeld de sterke kernkracht ten opzichte van de elektromagnetische kracht ook maar iets sterker geweest, dan was de waterstof bij de Big Bang direct ontploft tot helium en hadden er geen langlevende sterren bestaan. Ook hadden zich dan veel meer zware atoomkernen, dus metalen, gevormd dan in ons heelal. Metalen zijn niet in staat complexe moleculen te vormen. In plaats hiervan vormen ze metaaloxides of (als er nauwelijks zuurstof is) gaan ze op een kluitje op elkaar zitten om massief metaal te vormen.
Omgekeerd had een zwakkere sterke kernkracht betekend dat waterstof nooit gefuseerd was, tenzij in extreem zware sterren (die zo zwaar zouden zijn dat ze in elkaar zouden storten tot een zwart gat voor ze zouden ontbranden). Aanhangers van het zwakke antropisch principe denken dat er daarom miljarden parallelle heelallen moeten bestaan, waarvan er maar enkele geschikt zijn voor leven.
Interessantere heelallen
Ons heelal is weliswaar erg geschikt voor leven, maar mogelijk helemaal niet interessant voor een technisch zeer hoog ontwikkelde beschaving. Zo kan het zijn dat de natuurwetten in een ander heelal garanderen dat het eeuwig uit blijft zetten en steeds nieuwe materie of energie uitspuwt.
Misschien biedt dat andere heelal mogelijkheden voor waardevolle technieken die in dit heelal totaal ondenkbaar zijn. Je zou daar bijvoorbeeld sneller dan het licht kunnen reizen of allerlei exotische ruimte- of materietoestanden kunnen hebben die heel interessant zijn voor kunstmatige intelligenties. Het zware-metalen heelal waar we het net over hadden is waarschijnlijk heel interessant voor kunstmatige levensvormen omdat er niet van die hinderlijke gassen, roestvormende vloeistoffen en vernielzuchtige slijmerige wezentjes met twee armen en benen voorkomen.
Parallelle aardes
Volgens de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica zijn er bijna oneindig veel parallelle universums.
Als de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica klopt en er bestaan heel veel aardes parallel aan ons, is het uiteraard veel interessanter om een parallelle aarde waar zich geen mensen hebben ontwikkeld te koloniseren dan om een lange onzekere ruimtereis van vele jaren naar, zeg, Alfa Centauri te maken. Zeg nou zelf, zou jij niet veel liever met je lief aan je exclusieve privéstrand liggen met wuivende boomvarens op een parallelle aarde waar zich bijvoorbeeld nooit muggen hebben ontwikkeld omdat er geen warmbloedige dieren voorkomen, dan je leven wagen om ingevroren een reis van duizend jaar maken naar een levenloze steenklomp?
Omgekeerd: parallelle aardes leveren dezelfde Fermi-achtige vraag op: als er bijna oneindig veel parallelle aardes bestaan, moet zich op sommige parallelle aardes veel eerder een intelligente soort hebben ontwikkeld dan hier. Waarom hebben we dan ondertussen geen bezoek gekregen van, zeg, intelligente dino’s of placodermen?
Volgens astronomische waarnemingen bevat het Melkwegstelsel, net als de meeste andere melkwegstelsels, veel meer donkere materie dan zichtbare (baryonische) materie. In het centrum van de melkweg is veel meer donkere materie dan verder weg. Zou deze donkere materie voldoende dicht zijn om een zwerfplaneet op te warmen?
Donkere materie
Het buitenste deel van melkwegstelsels draait veel sneller dan de rest van het stelsel. Daar zijn verschillende verklaringen voor te verzinnen, maar op dit moment is onder astronomen vooral donkere materie populair: een onzichtbare vorm van materie die dwars door normale materie heen kan vliegen en waar we alleen wat van merken door de zwaartekrachtseffecten.
Er zijn al uitgebreide kaarten samengesteld van de verdeling van donkere materie in onder andere ons eigen melkwegstelsel.
Donkere materie als energiebron
Interessant is, blijkt uit sommige modellen, dat donkere materie planeten sterk kan verhitten.
Een zwerfplaneet in het centrum van de Melkweg zou warm kunnen blijven door donkere materie, denken twee deeltjesfysici.
Het idee is dat heel af en toe een donkere-materie deeltje in wisselwerking treedt met normale materie. Hier op aarde leven we in de buitenwijken van de Melkweg en is er nauwelijks donkere materie. Het effect hier is dus beperkt, schatten de auteurs: 1 megawatt, volkomen verwaarloosbaar met de honderd miljard megawatt die de zon instraalt.
In het centrum van de Melkweg, vooral in superaardes op minder dan enkele tientallen lichtjaren afstand van het (vermoedelijke) zwarte gat Sagittarius A*, waar de concentratie donkere materie tientallen miljoenen malen hoger is dan hier, zou dit effect wel sterk merkbaar zijn. In extreme gevallen kan deze verhitting zelfs groter zijn dan de hoeveelheid energie die een planeet als de aarde van de zon krijgt. Klopt dit, dan zouden levensvormen die op een dergelijke planeet leven, geen behoefte hebben aan een ster maar hun energie kunnen aftappen uit het gloeiend hete binnenste van de planeet. Een zwerfplaneet met een eigen energiecentrale dus. Dit zou het mogelijke domein voor leven enorm uitbreiden. Een dergelijke planeet zou mogelijk bedekt zijn met een dikke ijslaag, maar een gloeiend heet binnenste hebben. Enorme wormen zouden zich kunnen voeden met de bacteriën die leven van de voortdurende uitstoot van roodgloeiende vulkanische bronnen, zoals hier op aarde in de diepzee.
Overleven op donkere materie
De bedenkers van deze theorie, de deeltjesfysici Dan Hooper and Jason Steffen van Fermilab in Batavia, Illinois, gaan nog veel verder. In de heel verre toekomst, duizenden miljarden jaren na nu, zijn alle sterren uitgebrand. Levensvormen die het tot dan toe uit hebben gehouden, zouden kunnen leven van de zwakke gloed die de vernietiging van donkere materie oplevert. Vergevorderde beschavingen zouden het nbog heel lang kunnen volhouden door deze zwakke warmte te oogsten. Omgekeerd kan deze enorme hitte ook planeten in het centrum van de Melkweg onleefbaar maken. Collega’s van Hooper en Steffen noemen de ideeën interessant en creatief, maar denken dat het lastig is om deze effecten aan te tonen. Sagittarius A* ligt immers op zo’n 25 000 lichtjaar van ons vandaan. Objecten ter grootte van een planeet vinden op deze afstand is met de huidige technologie onmogelijk. Mogelijk kan wel worden gecontroleerd of objecten als bruine dwergen of dwergsterren ander astrofysisch gedrag vertonen omdat hun energiebudget verschilt.
