The search for dark matter -- and what we've found so far | Risa Wechsler

Vertaald door: Esther van Driel Nagekeken door: Rik Delaet

Do you ever think about what would happen

Denk je wel eens na over wat er zou gebeuren

if the world were a little bit different?

als de wereld er iets anders uitzag?

How your life would be different

Hoe anders je leven zou zijn

if you were born 5,000 years from now

als je over 5.000 jaar geboren zou zijn

instead of today?

in plaats van vandaag?

How history would be different

Hoe de geschiedenis anders zou zijn

if the continents were at different latitudes

als de continenten op andere breedtegraden lagen,

or how life in the Solar system would have developed

of hoe het leven in het zonnestelsel zich zou hebben ontwikkeld

if the Sun were 10 percent larger.

als de zon 10 procent groter zou zijn.

Well, playing with these kinds of possibilities

Spelen met al deze soorten mogelijkheden

is what I get to do for a living

is wat ik voor de kost doe,

but with the entire universe.

maar dan met het hele universum.

I make model universes in a computer.

Ik creëer modeluniversa in een computer.

Digital universes that have different starting points

Digitale universa die verschillende beginpunten hebben

and are made of different amounts of different kinds of material.

en zijn gemaakt van verschillende hoeveelheden en soorten materialen.

And then I compare these universes to our own

Dan vergelijk ik die universa met die van ons

to see what it is made of and how it evolved.

om te zien waar ze van gemaakt zijn en hoe ze evolueerden.

This process of testing models with measurements of the sky

Dit proces van het testen van modellen met afmetingen van de hemel

has taught us a huge amount about our universe so far.

heeft ons al gigantisch veel geleerd over ons universum.

One of the strangest things we have learned

Een van de vreemdste dingen die we leerden,

is that most of the material in the universe

is dat het meeste materiaal in het universum

is made of something entirely different than you and me.

is gemaakt van iets dat totaal verschilt van jou en mij.

But without it,

Maar zonder dat

the universe as we know it wouldn't exist.

zou het universum zoals we dat kennen niet bestaan.

Everything we can see with telescopes

Alles wat we met telescopen kunnen zien,

makes up just about 15 percent of the total mass in the universe.

vormt slechts zo'n 15 procent van de totale massa in het universum.

Al het andere, 85 procent ervan,

Everything else, 85 percent of it,

doesn't emit or absorb light.

straalt geen licht uit of absorbeert geen licht.

We can't see it with our eyes,

We kunnen het niet met onze ogen zien,

we can't detect it with radio waves

we kunnen het niet met radiogolven detecteren

or microwaves or any other kind of light.

of met microgolven of elk ander soort licht.

But we know it is there

Maar we weten dat het er is

because of its influence on what we can see.

vanwege zijn invloed op wat we kunnen zien.

It's a little bit like,

Het is een beetje als het in kaart brengen

if you wanted to map the surface of our planet

van het oppervlak van de aarde en alles wat zich daarop bevindt,

and everything on it

using this picture of the Earth from space at night.

op basis van deze foto van de aarde die 's nachts genomen is vanuit de ruimte.

You get some clues from where the light is,

Je krijgt wel hints door de locaties van het licht,

but there's a lot that you can't see,

maar er is veel wat je niet kan zien,

everything from people to mountain ranges.

variërend van mensen tot bergketens.

And you have to infer what is there from these limited clues.

En je moet uit deze beperkte aanwijzingen afleiden wat er is.

We call this unseen stuff "dark matter."

We noemen dit onzichtbare spul 'donkere materie'.

Now, a lot of people have heard of dark matter,

Veel mensen hebben gehoord over donkere materie,

but even if you have heard of it,

maar zelfs als je erover gehoord hebt,

it probably seems abstract,

lijkt het waarschijnlijk abstract,

ver weg, waarschijnlijk zelfs onbelangrijk.

far away, probably even irrelevant.

Well, the interesting thing is,

Het interessante is

dark matter is all around us

dat donkere materie overal om ons heen is

en waarschijnlijk zelfs hier.

and probably right here.

In fact, dark matter particles

Donkere materiedeeltjes

are probably going through your body right now

bewegen zich waarschijnlijk op dit moment door je lichaam

as you sit in this room.

terwijl je in deze zaal zit.

Because we are on Earth

Omdat we op de aarde zijn,

and Earth is spinning around the Sun,

en de aarde om de zon draait,

and the Sun is hurtling through our galaxy

en de zon door ons sterrenstelsel raast

at about half a million miles per hour.

met zo'n 800.000 kilometer per uur.

But dark matter doesn't bump into us,

Maar donkere materie botst niet met ons.

it just goes right through us.

Het gaat dwars door ons heen.

So how do we figure out more about this?

Dus hoe komen we hier meer over te weten?

What is it,

Wat is het en wat heeft het met ons bestaan te maken?

and what does it have to do with our existence?

Well, in order to figure out how we came to be,

Om erachter te komen hoe we zijn ontstaan,

we first need to understand how our galaxy came to be.

moeten we eerst begrijpen hoe ons sterrenstelsel is ontstaan.

This is a picture of our galaxy, the Milky Way, today.

Dit is een foto van ons sterrenstelsel, de Melkweg, vandaag.

What did it look like 10 billion years in the past

Hoe zag het er 10 miljard jaar geleden uit

or what would it look like 10 billion years in the future?

of hoe zal het er over 10 miljard jaar uitzien?

What about the stories

Hoe zit het met de geschiedenis

of the hundreds of millions of other galaxies

van de honderden miljoenen andere sterrenstelsels

that we've already mapped out with large surveys of the sky?

die we al in kaart hebben gebracht door grote studies van de hemel?

How would their histories be different

Hoe zou hun geschiedenis anders zijn

if the universe was made of something else

als het universum van iets anders gemaakt was

or if there was more or less matter in it?

of als er zich meer of minder materie in bevond?

So the interesting thing about these model universes

Het interessante over deze modeluniversa

is that they allow us to test these possibilities.

is dat ze ons toestaan deze mogelijkheden te testen.

Let's go back to the first moment of the universe --

Laten we teruggaan naar het eerste moment van het universum --

just a fraction of a second after the big bang.

een fractie van een seconde na de oerknal.

In this first moment,

Op dit eerste moment

there was no matter at all.

was er helemaal geen materie.

The universe was expanding very fast.

Het universum breidde zich zeer snel uit.

And quantum mechanics tells us

Kwantummechanica vertelt ons

that matter is being created and destroyed

dat materie continu wordt gemaakt en vernietigd,

all the time, in every moment.

op elk moment.

At this time, the universe was expanding so fast

Op dat moment breidde het universum zich zo snel uit

that the matter that got created couldn't get destroyed.

dat de materie die gecreëerd werd niet vernietigd kon worden.

And thus we think that all of the matter was created during this time.

Daarom denken we dat alle materie gedurende die periode gecreëerd is.

Both the dark matter

Zowel de donkere materie

and the regular matter that makes up you and me.

als de gewone materie waar jij en ik uit bestaan.

Now, let's go a little bit further

Laten we nog iets verder gaan

to a time after the matter was created,

naar een tijd na de creatie van materie,

after protons and neutrons formed,

nadat protonen en neutronen waren ontstaan,

after hydrogen formed,

nadat waterstof was ontstaan,

about 400,000 years after the big bang.

zo'n 400.000 jaar na de oerknal.

The universe was hot and dense and really smooth

Het universum was heet en compact en heel erg gelijkmatig,

but not perfectly smooth.

maar niet perfect gelijkmatig.

This image, taken with a space telescope called the Planck satellite,

Deze afbeelding, genomen met een ruimtetelescoop, de Plancksatelliet,

shows us the temperature of the universe

laat ons de temperatuur van het universum zien

in all directions.

in alle richtingen.

En wat we zien,

And what we see

is that there were places that were a little bit hotter

is dat er plaatsen waren die een beetje heter

and denser than others.

en compacter waren dan andere.

The spots in this image

De vlekken in dit plaatje

represent places where there was more or less mass in the early universe.

laten plaatsen zien waar meer of minder massa was in het vroege universum.

Those spots got big because of gravity.

Deze vlekken werden groot door de zwaartekracht.

The universe was expanding and getting less dense overall

Het universum breidde zich uit en werd minder compact

over the last 13.8 billion years.

gedurende de afgelopen 13,8 miljard jaar.

But gravity worked hard in those spots

Maar de zwaartekracht werkte hard op de plekken

where there was a little bit more mass

waar er iets meer massa was

and pulled more and more mass into those regions.

en trok steeds meer massa naar die gebieden.

Now, all of this is a little hard to imagine,

Dit is allemaal wat moeilijk voor te stellen,

so let me just show you what I am talking about.

dus zal ik jullie laten zien waar ik het over heb.

Those computer models I mentioned allow us to test these ideas,

De computermodellen die ik noemde laten ons deze ideeën testen,

so let's take a look at one of them.

dus laten we kijken naar een daarvan.

This movie, made by my research group,

Dit filmpje, gemaakt door mijn onderzoeksgroep,

shows us what happened to the universe after its earliest moments.

laat zien wat er met het universum gebeurde na de eerste momenten.

You see the universe started out pretty smooth,

Je ziet dat het universum gelijkmatig begint,

but there were some regions

maar er waren gebieden

where there was a little bit more material.

waar er wat meer materiaal was.

Gravity turned on and brought more and more mass

De zwaartekracht ging aan en bracht steeds meer massa

into those spots that started out with a little bit extra.

naar die plekken die begonnen met een beetje meer.

Over time,

In de loop van de tijd

you get enough stuff in one place

krijg je genoeg spul op een plek,

that the hydrogen gas,

waardoor het waterstofgas,

which was initially well mixed with the dark matter,

dat aanvankelijk goed gemengd was met de donkere materie,

starts to separate from it,

zich er los van begint te maken,

cool down, form stars,

afkoelt, sterren vormt,

and you get a small galaxy.

en zo krijg je een klein sterrenstelsel.

Over time, over billions and billions of years,

In de loop van de tijd, na miljarden jaren,

those small galaxies crash into each other

botsen de kleine sterrenstelsels tegen elkaar aan,

and merge and grow to become larger galaxies,

voegen zich samen, groeien, en worden grotere sterrenstelsels,

like our own galaxy, the Milky Way.

zoals de Melkweg, ons eigen sterrenstelsel.

Now, what happens if you don't have dark matter?

Wat gebeurt er als er geen donkere materie is?

If you don't have dark matter,

Als er geen donkere materie is,

those spots never get clumpy enough.

worden die plekken nooit klonterig genoeg.

Er is minstens een miljoen keer de massa van de zon nodig

It turns out, you need at least a million times the mass of the Sun

in one dense region,

in een compacte locatie

before you can start forming stars.

voordat er sterren kunnen vormen.

And without dark matter,

Zonder donkere materie

you never get enough stuff in one place.

komt er nooit genoeg spul op een plek.

So here, we're looking at two universes, side by side.

Hier zien we twee universa naast elkaar.

In one of them you can see

In een ervan kan je zien

that things get clumpy quickly.

dat dingen snel klonterig worden.

In dat universum

In that universe,

it's really easy to form galaxies.

is het heel makkelijk om sterrenstelsels te vormen.

In the other universe,

In het andere universum

the things that start out like small clumps,

zijn er dingen die beginnen als kleine klonten,

they just stay really small.

die blijven gewoon heel klein.

Not very much happens.

Er gebeurt niet veel.

In that universe, you wouldn't get our galaxy.

In dat universum zou ons sterrenstelsel niet kunnen ontstaan.

Or any other galaxy.

Of welk ander sterrenstelsel dan ook.

You wouldn't get the Milky Way,

De Melkweg zou er niet ontstaan,

you wouldn't get the Sun,

de zon zou er niet ontstaan,

you wouldn't get us.

wij zouden er niet ontstaan.

We just couldn't exist in that universe.

We zouden niet kunnen bestaan in dat universum.

OK, so this crazy stuff, dark matter,

Oké, dit gekke spul, donkere materie, vormt het grootste deel

it's most of the mass in the universe,

van de massa in het universum,

het beweegt zich nu door ons heen, we zouden niet bestaan zonder.

it's going through us right now, we wouldn't be here without it.

Wat is het?

What is it?

Well, we have no idea.

We hebben geen idee.

(Laughter)

(Gelach)

But we have a lot of educated guesses,

We hebben wel veel beredeneerde gokken

and a lot of ideas for how to find out more.

en heel veel ideeën over hoe we meer te weten kunnen komen.

So, most physicists think that dark matter is a particle,

De meeste natuurkundigen denken dat donkere materie een deeltje is

similar in many ways to the subatomic particles that we know of,

dat op veel manieren lijkt op de bekende subatomische deeltjes,

like protons and neutrons and electrons.

zoals protonen en neutronen en elektronen.

Whatever it is,

Wat het ook is,

it behaves very similarly with respect to gravity.

het gedraagt zich gelijkaardig wat betreft zwaartekracht.

But it doesn't emit or absorb light,

Maar het straalt geen licht uit en absorbeert geen licht

and it goes right through normal matter,

en gaat dwars door normale materie heen

as if it wasn't even there.

alsof dat er niet eens was.

We'd like to know what particle it is.

We willen weten welk deeltje het is.

For example, how heavy is it?

Hoe zwaar is het bijvoorbeeld?

Or, does anything at all happen if it interacts with normal matter?

Of gebeurt er ook maar iets als het interageert met normale materie?

Physicists have lots of great ideas for what it could be,

Natuurkundigen hebben goede ideeën over wat het zou kunnen zijn,

they're very creative.

ze zijn zeer creatief.

But it's really hard,

Maar het is heel erg moeilijk

because those ideas span a huge range.

omdat die ideeën veelomvattend zijn.

It could be as small as the smallest subatomic particles,

Het kan zo klein zijn als de kleinste subatomische deeltjes,

or it could be as large as the mass of 100 Suns.

of zo groot als de massa van 100 zonnen.

So, how do we figure out what it is?

Hoe komen we erachter wat het is?

Well, physicists and astronomers

Natuurkundigen en astronomen

have a lot of ways to look for dark matter.

hebben veel manieren om naar donkere materie te zoeken.

Een van de dingen die we doen is het bouwen van gevoelige detectoren

One of the things we're doing is building sensitive detectors

in deep underground mines,

in diepe ondergrondse mijnen.

waiting for the possibility

We wachten op de mogelijkheid

that a dark matter particle, which goes through us and the Earth,

dat een donkere materiedeeltje, dat door ons en de aarde heen beweegt,

would hit a denser material

een compacter materiaal raakt

and leave behind some trace of its passage.

en een spoor van zijn doorgang achterlaat.

We zoeken naar donkere materie in de hemel,

We're looking for dark matter in the sky,

vanwege de kans dat donkere materiedeeltjes

for the possibility that dark matter particles

would crash into each other

tegen elkaar aan botsen

and create high-energy light that we could see

en licht met veel energie creëren dat we zouden kunnen zien

with special gamma-ray telescopes.

met speciale telescopen voor gammastraling.

We're even trying to make dark matter here on Earth,

We proberen zelfs hier op aarde donkere materie te maken

by smashing particles together and looking for what happens,

door deeltjes tegen elkaar te laten botsen en te kijken wat er gebeurt,

using the Large Hadron Collider in Switzerland.

in de Large Hadron Collider in Zwitserland.

Now, so far,

Tot nu toe

all of these experiments have taught us a lot

hebben al deze experimenten ons veel geleerd

about what dark matter isn't

over wat donkere materie niet is.

(Laughter)

(Gelach)

but not yet what it is.

Maar nog niet wat het wel is.

There were really good ideas that dark matter could have been,

Er waren zeer goede ideeën over wat donkere materie had kunnen zijn

that these experiments would have seen.

die deze experimenten gezien zouden hebben.

And they didn't see them yet,

Ze hebben die nog niet gezien,

so we have to keep looking and thinking harder.

dus moeten we blijven zoeken en dieper nadenken.

Now, another way to get a clue to what dark matter is

Een andere manier om een idee te krijgen van wat donkere materie is,

is to study galaxies.

is het bestuderen van sterrenstelsels.

We already talked about

We hadden al gesproken

over hoe ons sterrenstelsel en vele anderen niet eens zouden bestaan

how our galaxy and many other galaxies wouldn't even be here

without dark matter.

zonder donkere materie.

Those models also make predictions

Deze modellen doen ook voorspellingen

for many other things about galaxies:

over veel andere dingen over sterrenstelsels:

How they're distributed in the universe,

hoe ze verdeeld zijn in het universum,

how they move,

hoe ze bewegen,

how they evolve over time.

hoe ze door de tijd heen evolueren.

And we can test those predictions with observations of the sky.

En we kunnen deze voorspellingen toetsen door observaties van de hemel.

So let me just give you two examples

Ik zal jullie twee voorbeelden geven

of these kinds of measurements we can make with galaxies.

van dit soort metingen die we van sterrenstelsels kunnen doen.

The first is that we can make maps of the universe with galaxies.

Ten eerste kunnen we met sterrenstelsels kaarten van het universum maken.

I am part of a survey called the Dark Energy Survey,

Ik maak deel uit van het 'Dark Energy Survey'-onderzoek,

which has made the largest map of the universe so far.

dat de grootste kaart van het universum tot nu toe heeft gemaakt.

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies

We maten de posities en vormen van 100 miljoen sterrenstelsels,

over one-eighth of the sky.

meer dan een achtste deel van de hemel.

And this map is showing us all the matter in this region of the sky,

Deze kaart laat alle materie in dit gedeelte van de hemel zien,

which is inferred by the light distorted from these 100 million galaxies.

afgeleid uit het licht dat vervormd wordt door deze 100 miljoen sterrenstelsels.

The light distorted from all of the matter

Het licht werd vervormd door alle materie

that was between those galaxies and us.

tussen die sterrenstelsels en onszelf.

The gravity of the matter is strong enough to bend the path of light.

De zwaartekracht van de materie is sterk genoeg om lichtstralen te verbuigen.

En dat levert dit plaatje op.

And it gives us this image.

So these kinds of maps

Deze soorten kaarten

can tell us about how much dark matter there is,

kunnen ons vertellen hoeveel donkere materie er is.

they also tell us where it is

Ze vertellen ons ook waar het is

and how it changes over time.

en hoe het verandert in de loop van de tijd.

So we're trying to learn about what the universe is made of

We proberen erachter te komen waar het universum van gemaakt is

on the very largest scales.

op de allergrootste schaal.

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

Het blijkt dat de kleinste sterrenstelsels in het universum

provide some of the best clues.

de beste aanwijzingen geven.

So why is that?

Waarom is dat het geval?

Here are two example simulated universes

Hier zijn twee voorbeelden van gesimuleerde universa,

with two different kinds of dark matter.

met twee verschillende soorten donkere materie.

Both of these pictures are showing you a region

Beide plaatjes laten een regio zien

around a galaxy like the Milky Way.

rond een sterrenstelsel zoals de Melkweg.

And you can see that there's a lot of other material around it,

Je kan zien dat er zich veel andere materialen omheen bevinden,

little small clumps.

kleine klontjes.

Now, in the image on the right,

In het rechterplaatje

dark matter particles are moving slower than they are in the one on the left.

bewegen de donkere materiedeeltjes langzamer dan in het linkerplaatje.

If those dark matter particles are moving really fast,

Als die donkere materiedeeltjes heel snel bewegen,

then the gravity in small clumps is not strong enough

dan is de zwaartekracht in kleine klontjes niet sterk genoeg

to slow those fast particles down.

om die snelle deeltjes te vertragen.

And they keep going.

En dan blijven ze bewegen.

They never collapse into these small clumps.

Ze vallen nooit uiteen in deze kleine klontjes.

So you end up with fewer of them than in the universe on the right.

Dan blijven er minder van over dan in het universum aan de rechterkant.

If you don't have those small clumps,

Als je deze kleine kontjes niet hebt,

then you get fewer small galaxies.

dan krijg je minder kleine sterrenstelsels.

If you look up at the southern sky,

Als je naar de zuidelijke hemel kijkt,

you can actually see two of these small galaxies,

kun je twee van deze kleine sterrenstelsels zien,

the largest of the small galaxies that are orbiting our Milky Way,

de grootste van de kleine sterrenstelsels die rond onze Melkweg draaien:

the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

de Grote Magelhaense Wolk en de Kleine Magelhaense Wolk.

In the last several years,

In de afgelopen jaren

we have detected a whole bunch more even smaller galaxies.

hebben we meer nog kleinere sterrenstelsels ontdekt.

This is an example of one of them

Dit is een voorbeeld van een daarvan,

that we detected with the same dark energy survey

die we ontdekten in hetzelfde donkere energie-onderzoek

that we used to make maps of the universe.

dat we gebruikten om kaarten van het universum te maken.

These really small galaxies,

Deze hele kleine sterrenstelsels,

some of them are extremely small.

sommigen ervan zijn extreem klein.

Some of them have as few as a few hundred stars,

Sommigen hebben slechts een paar honderd sterren,

compared to the few hundred billion stars in our Milky Way.

vergeleken met de paar honderd miljard sterren in onze Melkweg.

So that makes them really hard to find.

Dat maakt ze moeilijk te vinden.

But in the last decade,

In het laatste decennium

we've actually found a whole bunch more of these.

hebben we er nog een aantal van gevonden.

We now know of 60 of these tiny galaxies

We kennen nu 60 van deze piepkleine sterrenstelsels

that are orbiting our own Milky Way.

die rond onze eigen Melkweg draaien.

And these little guys are a big clue to dark matter.

En deze kleine jongens geven veel aanwijzingen over donkere materie.

Because just the existence of these galaxies tells us

Alleen al het bestaan van deze sterrenstelsels vertelt ons

that dark matter can't be moving very fast,

dat donkere materie niet zo snel kan bewegen

and not much can be happening when it runs into normal matter.

en dat er niet veel kan gebeuren als het normale materie tegenkomt.

In the next several years,

In de komende jaren

we're going to make much more precise maps of the sky.

gaan we nog veel nauwkeuriger kaarten van de hemel maken.

And those will help refine our movies

En deze zullen helpen met het verfijnen van de films

of the whole universe and the entire galaxy.

over het totale universum en het hele sterrenstelsel.

Physicists are also making new, more sensitive experiments

Natuurkundigen ontwikkelen ook nieuwe, gevoeligere experimenten

to try to catch some sign of dark matter in their laboratories.

om een teken van donkere materie op te vangen in hun laboratoria.

Dark matter is still a huge mystery.

Donkere materie is nog een groot mysterie.

But it's a really exciting time to be working on it.

Het is een spannende tijd om hieraan te werken.

We have really clear evidence it exists.

We hebben duidelijk bewijs dat het bestaat.

From the scale of the smallest galaxies

Vanaf de schaal van de kleinste sterrenstelsels

to the scale of the whole universe.

tot de schaal van het hele universum.

Will we actually find it and figure out what it is?

Zullen we het daadwerkelijk vinden en erachter komen wat het is?

I have no idea.

Ik heb geen idee.

But it's going to be a lot of fun to find out.

Maar het gaat heel leuk zijn om erachter te komen.

We have a lot of possibilities for discovery,

We hebben veel mogelijkheden om dingen te ontdekken

and we definitely will learn more about what it is doing

en we zullen zeker meer leren over wat het doet

and about what it isn't.

en over wat het niet doet.

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

Ongeacht of we het deeltje binnenkort vinden,

I hope I have convinced you

hoop ik dat ik jullie overtuigd heb

that this mystery is actually really close to home.

dat dit mysterie eigenlijk heel dichtbij is.

The search for dark matter

De zoektocht naar donkere materie

may just be the key to a whole new understanding of physics

zou de sleutel kunnen zijn tot een nieuw inzicht in natuurkunde

and our place in the universe.

en onze plaats in het universum.

Thank you.

Dank jullie wel.

(Applause)

(Applaus)