Iets duisters treft soms de aarde
Volkskrant, 25 mei 2002
Gemiddeld eens per jaar wordt de aarde doorboord door een korrel exotische materie uit de ruimte, denken vier Amerikaanse aardwetenschappers. Als ze gelijk hebben, gooit de seismologie stelselmatig het kind met het badwater weg.
Het was vrijdagochtend 22 oktober 1993, een uur of tien. Diep in de aarde rommelde het. Inktpennen van seismo logische stations van Bolivia tot Turkije kwamen in beweging en kriebelden hun lijntjes op grafiekpapier. Een beving van pakweg kracht 4 vond via elektronische systemen zijn weg naar de archieven van de US Geological Survey in Washington. Niemand die er echt van opkeek, de aarde gaat wel eens harder tekeer.
Niemand behalve, jaren later en met een scherp oog voor het ongewone, seismoloog dr. Eugene Herrin van de Southern Methodist University in Houston, Texas. Miljoenen registraties van bevingen vlooide hij de laatste jaren bij de Survey door op zoek naar buitenissige signalen.
Gek genoeg is de aardwetenschapper daarbij niet op zoek naar diepere inzichten in de bouw van onze eigen planeet. Waar hij naar speurt, is de oplossing voor een raadsel van kosmologische dimensies: waar is alle materie waarvan wel de zwaartekracht kan worden waargenomen, maar die verder onzichtbaar lijkt. Verreweg de meeste materie in het heelal, geschat wordt meer dan 90 procent, is namelijk gewoon zoek.
In de jaren tachtig stelden theoretici een op het eerste gezicht vergezochte verklaring op voor die zogeheten donkere materie. Die zou niet uit gewone protonen en neutronen bestaan, maar uit deeltjes waarop licht geen vat heeft: strangelets.
Alle atoomkernen op aarde bestaan uit protonen en neutronen die op hun beurt zijn samengesteld uit drietallen van zogeheten up- en down-quarks. Een proton bestaat volgens fysici uit twee up-quarks en één down-quark. Een neutron daarentegen uit eenmaal up en tweemaal down.
Uit proeven met botsingen van kerndeeltjes in versnellers is echter ook bekend dat er in principe nog vier andere soorten quarks bestaan: strange, charm, top en bottom.
Volgens die proeven komen deze quarks alleen voor in uiterst instabiele deeltjes, die in minder dan een oogwenk uit elkaar vallen. Maar er bestaat een boekenkast vol theoretische speculaties over het bestaan van stabiele materiedeeltjes waarin ook zulke quarks voorkomen.
Drietallen met één strange-quark, zogeheten strangelets, lijken dan het meest realistisch. Tegelijkertijd is die quark wel zoveel zwaarder dan de ups en downs dat strange quark matter een enorme dichtheid moet hebben. Stofjes ervan, misschien ontstaan tijdens de oerknal of vlak erna, wegen volgens berekeningen al meteen tonnen. Als ze voldoende snelheid hebben, kunnen ze relatief ongestoord door duizenden kilometer gewone materie dringen, een beetje als een steentje dat in een vijver valt.
Herrin nam zich in de jaren negentig voor als eerste het bestaan van strangelets aan te tonen. Het inslaan van een verdwaald stofje vreemde materie ter grootte van een stuifmeelkorrel kon al zichtbaar kon zijn in seismogrammen. Sindsdien zijn de archieven doorgespit.
En Herrin heeft, denkt hij, beet. Die ochtend in oktober 1993 gebeurde waar hij op wachtte. Hoe namelijk de seismogrammen van tientallen meetstations ook met elkaar worden gecombineerd, beide bevingen hebben geen duidelijk gelokaliseerd beginpunt. Bevingen zonder helder epicentrum komen wel vaker voor in zijn vakgebied, zegt Herrin. ‘Vaker zelfs dan seismologen lief is. je houdt altijd een hoop ongelokaliseerde rommel over.'
Maar in deze twee gevallen was er geen sprake van rommel, te wijten aan meetfouten of storingen. Beide bevingen, zo blijkt uit computer-reconstructies in Houston, ontstaan zonneklaar langs een langgerekte kaarsrechte lijn dwars door de aarde. De eerste, volgens de beste schattingen, tussen een punt op Antarctica bezuiden Vuurland en de bodem van de Indische oceaan onder Bangladesh; de tweede van een punt middenin de Stille Oceaan naar Antarctica onder Nieuw Zeeland.
Dat er tussen miljoenen signalen slechts twee heldere gevallen in drie jaar waarnemen voorkomen, is volgens Herrin niet verontrustend. Er slaat, schatte zijn team al in 1995, gemiddeld één brokje donkere materie van een paar ton per jaar in op aarde. ‘Met twee stuks in drie jaar zit je dan zeker in de goede orde van grootte.' Dat gegeven is in elk geval consistent met het idee dat alle donkere materie waarvan de kosmologen het bestaan vermoeden, uit strange quark matter bestaat.
ANW-vraag: Hoe belangrijk is deze ontdekking eigenlijk?
