Meny

Kosmisk gåte:

Feirer mørk materie Allhelgensaften

En simulering fra European Southern Observatory fremstiller en gassky av typen Lyman-alpha. En slik simulering kan brukes til å gjøre antakelser om utviklingen av gass og mørk materie i rommet. NTB Scanpix/AFP.
I år markerer forskere over hele verden Allhelgensaften med en feiring av den «mørke materien» som kanskje hindrer galaksene fra å gå i oppløsning.

De som elsker det mørke og usette vil snart få enda en grunn til feiring i novembernatten. På allhelgensaften, med stunder bedre kjent som Halloween, skal forskere over hele verden sette fokus på jakten på «den mørke materien»; en mystisk, usynlig substans som antas å gjennomsyre verdensrommet og holde galaksene sammen.

Over hele Storbritannia, USA og Europa blir det 31. oktober avholdt forelesninger, forsøk og fester for å opplyse (hoho) om den store astronomiske jakten. Dagen har blitt erklært som «Den mørke materiens dag» av forskerne som forsøker å forstå hvordan denne usynlige massen fungerer, hva den består av og om den faktisk finnes!

– Man kunne ikke valgt en bedre dato for å markere jakten på noe så mystisk og flyktig som mørk materie, sier fysikeren Chamkaur Ghag ved University College London.

– Vi kan se dens virkninger, men ikke observere den direkte. Det er det ultimate spøkelsesfenomenet i verdensrommet.

Halloween har tradisjonelt vært markert i USA, og innledet opprinnelig en tre dagers katolsk feiring til minne om alle som har gått bort, ikke minst helgener (hallows) og martyrer, skriver SNL.

Feiringen har siden spredd seg til en rekke andre land, deriblant Norge de siste par tiår. Barn kler seg i skumle kostymer - som hekser, spøkelser og pirater - og ringer på dører i nabolaget med erklæringen «knask eller knep.»

Hvorfor går ikke galaksene i oppløsning?

Men i den moderne fysikken byr et annet spøkelse på kontroversielle og frustrerende spørsmål: den mørke materien. Dens eksistens er kun en antakelse på bakgrunn av galaksenes bevegelser. De later til å rotere for fort til å holde seg sammen!

Gigantiske sfærer av materie - som ikke kan påvises ved tradisjonelle metoder - antas av astronomene å omgi galaksene og holde dem sammen. Disse sfærene antas å bestå av «svakt interagerende massive partikler», på engelsk kjent ved forkortelsen «wimps».

De galaktiske sfærene er enorme, og utgjør omkring 85 prosent av universets totale masse. Bare en fraksjon av massen består av protoner, nøytroner og atomer, som galakser, stjerner, planeter og levende vesener er bygd opp av.

– Siden Copernicus har vi visst at Jorden ikke har en unik plass i universet, sier astronomen Martin Rees.

– Nå er vi i ferd med å forstå at vi ikke engang er skapt av den typen materie det finnes mest av i kosmos. Størstedelen består av materie fra «den mørke siden», som vi ennå ikke kan observere direkte.

Denne forskningsgåten førte til ideen om en egen dag for å markere jakten på den mørke materien. Som forskerne påpeker: uten mørk materie ville det ikke vært noe om holdt galaksene sammen. Det ville ikke eksistert stjerner, planeter eller liv.

– Derfor er den mørke materien så viktig, sier Ghag.

Les også: Hawkings siste studie: – Kan finnes flere univers enn vårt eget

Store maskiner på jakt

To sentrale metoder er foreløpig utviklet i forsøket på å observere den mørke materien. Ved Large Hadron Collider hos Cern i Geneve forsøker forskerne å danne og observere Wimps i den digre partikkelakseleratoren. På samme måte som man endelig kunne observere det vidgjetne Higgs-bosonet her kan det hende en Wimp-partikkel vil dannes i akseleratoren, mener forskerne.

Den andre metoden går ut på å bygge detektorer langt under bakken, ofte i gamle gruveganger, der de er beskyttet mot bombardementet av kosmiske partikler mot Jordens overflate. Disse detektorene inneholder kamre med tonnevis av xenon-gass, det sjeldneste av alle stabile grunnstoffer, og hundrevis av lysdetektorer. Om en Wimp på vei gjennom rommet skulle treffe en gasspartikkel håper forskerne at den kan utløse et målbart lys.

Etter 20 års leting, og titalls millioner investert, har man ikke observert en eneste «Wimp.» Hverken ved Cern-laboratoriet eller i de underjordiske detektorene i USA og Europa.

En tekniker hos CERN, Den europeiske organisasjon for kjernefysisk forskning, i Sveits. Her jakter man blant annet på den flyktige «mørke materien» NTB Scanpix/Reuters.

– Ingen observasjoner passer hittil

– Hittil har vi ikke funnet noe som helst som passer med teorien, medgir professor Ofer Lahav ved University College London.

– Likevel vil jeg hevde at 99 prosent av alle fysikere vil si de tror Wimps finnes.

Ghag, hans kollega ved universitetet, stiller seg bak påstanden, men sier:

– Det er frustrerende at vi ikke har kunnet påvise mørk materie etter all denne innsatsen.

– Problemet er at fysikerne ikke aner hvor store de flyktige partiklene er. De kan være på størrelse med et hydrogen-atom, eller de kan være mindre enn atomer. Eller de kan ha varierende størrelse. Alt dette vil spille inn på hva slags instrumenter vi behøver for å observere dem.

Men det er ikke uvanlig i vitenskapshistorien at man sliter med å styrke en teori med håndfaste data.

Foto fra European Southern Observatory offentliggjort i august viser stjernetåken Carina. Stjernene i sentrum av bildet slynger ut intens radioaktiv stråling, som får gassen omkring til å gløde. Illustrasjonsfoto: J. Emerson/m. Irwin/j. Lewis/ NTB Scanpix/Ap.

På 1800-tallet oppdaget astronomer store avvik i Uranus’ bane, og løste gåten ved å anta at en annen planet måtte forstyrre banen. Denne teorien førte til oppdagelsen av Neptun. Siden oppdaget man forstyrrelser i Merkurs bane. Denne gangen måtte forklaringen vente til Einstein offentliggjorde sin generelle relativitetsteori i forrige århundre.

– Kan bli vitenskapelig revolusjon

– En forståelse av den mørke materien kan være likefrem, som i tilfellet med Neptun, eller helt revolusjonerende, som i tilfellet med relativitetsteorien, legger Lahav til.

I denne siste kategorien argumenterer enkelte forskere nå for at selve gravitasjonen ennå ikke forstås skikkelig, og at den merkelige rotasjonen til galaksene først kan forklares ved en revisjon av den klassiske mekanikken Newton grunnla.

Disse «frafalne forskerne» hevder at det rett og slett ikke finnes noen mørk materie. De fleste forskere er foreløpig uenige i dette synet. De tror fremdeles mørk materie er den beste hypotesen man har til å forklare galaksenes opptreden.

– Det kan tenkes at mørk materie består av Wimps, slik at disse partiklene rett og slett ikke samhandler med noen form for normal materie, sier Ghag.

– Dette vil bety at vi bare kan observere slikt ved å se på gravitasjonspåvirkningen. På sett og vis vil den mørke materien fortsette å være et «spøkelse i rommet»; usett og kun observerbart indirekte, gjennom sin påvirkning.

Kollasjen fra romteleskopet Hubble viser bilder fra seks ulike stjernehoper. Disse ble observert i en studie fra 2015, av hvordan mørk materie i slike områder later til å opptre når stjernehopene kolliderer. Nasa/EPA/Hubble, via Wikimedia.

Teori fra forrige århundre

I forrige århundre ventet forskere å finne at stjerner beveget seg saktere gjennom galaksen dess lenger de befant seg fra dens sentrum, slik som de ytterste planetene beveger seg saktere rundt solen.

Men astronomene oppdaget med tiden at galaksens ytre baner er nesten like raske som dem nær sentrum. Hva var det som ga den ekstra gravitasjonen som holdt galaksene sammen?

Teoretisk fysikk ga opphav til ideen om en usynlig mørk materie, som ga den nødvendige massen som kunne forklare galaksenes gravitasjonskraft. Denne teorien har blitt støttet av senere observasjoner.

– Fenomenet kjent som gravitasjonslinser , samt studie av kosmisk bakgrunnsstråling, ga videre støtte til tanken om mørk materie, sier professor Lahav.

For å forklare den mørke materiens egenskaper er en rekke teorier lagt frem. Noen har foreslått at utbrente stjerner eller skyer av støv og gass som holder galaksene sammen. Dette er nå avvist, og Wimps (på engelsk: weakly interacting massive particles) fremstår som beste hypotese inntil videre.

Oversatt av Ole Peder Giæver /ABC Nyheter © Guardian News & Media Limited.


Se også: Den europeiske romfartsorganisasjonens Gaia-satellitt har laget den mest komplette oversikten over stjernene i vår galakse til nå. (Video fra april, vinduet under): 

Populært