Annons

Vintergatan breder ut sig ovanför La Silla-teleskopet i Atacamaöknen, Chile – en av de platser på jorden där natthimlen är som allra mörkast.

Bild: 
ESO / Serge Brunier

Mystisk mörk materia har vardagliga sidor

Kan det finnas en osynlig version av vår egen Vintergata? Det föreslår en av världens mest framstående fysiker, och menar att vi i så fall borde kunna lösa en av universums största gåtor.

Författare: 

Publicerad:

2015-11-22

Det borde finnas fyra gånger så mycket mer materia i universum än vi känner till. Fast denna okända mörka materia bör egentligen kallas genomskinlig, eftersom vi ser rakt igenom den. Det menar Lisa Randall, professor vid Harvard university och en av världens främsta teoretiska fysiker.

Ljuspartiklarna och alla andra redan kända partiklar och krafter tar sig rakt igenom, utan att den mörka materien ger sig till känna. Den enda kraft som avslöjar den mörka materien är gravitationen. Det var så den mörka materien avslöjades för första gången, år 1933. När astronomen Fritz Zwicky studerade stora galaxhopar upptäckte han att den vanliga materien inte räckte till för att förklara galaxernas rörelser. Det behövs mer gravitation från någon okänd källa för att galaxerna inte ska slungas ut ur hoparna.

Men Zwickys upptäckt togs inte seriöst förrän astronomen Vera Rubin på 1960-talet började mäta stjärnornas rörelser inne i spiralgalaxer. Återigen blev det tydligt att den gravitationella dragningskraften inte borde kunna hålla kvar de roterande stjärnorna i galaxen, om man bara utgick från den materia vi känner till. Alla galaxer hålls samman av denna mörka materia, som blivit ett av astronomins största mysterier.

Den mest populära hypotesen i dag är att den består av nya och hittills okända så kallade wimps (weakly interacting massive particles, ung. svagt växelverkande massiva partiklar). Jakten på dessa spöklika partiklar pågår för fullt både med satelliter i rymden och i jätteanläggningar här på jorden, till exempel i världens största accelerator LHC på Cern i Genève, än så länge utan resultat.

– Det kanske är dags att gå tillbaka till astronomin. Det var där allting började, och i dag har vi en mängd astronomiska observationer som strömmar in mot oss. Kan vi skapa en bra modell för vad vi söker så har vi kanske en chans att upptäcka något nytt, säger Lisa Randall.

Hennes förslag är radikalt nytt. Med tanke på den stora variationen av partiklar och krafter som vi känner till i den synliga världen borde även den mörka sektorn kunna variera en hel del. Så anta att de flesta wimps, säg 95 procent, är de klassiska partiklarna av mörk materia, och därmed svåra att finna. Men en liten del, kanske bara fem procent av dem, gör saker, om än på sitt eget sätt, som vi känner igen från vanliga partiklar. Till exempel kan de stråla ut energi och därmed kylas ner. I så fall bör en del mörk materia kollapsa och forma en disk, på samma sätt som vanlig materia formade disken av vår egen galax en gång i tiden. Den mörka skuggdisken skulle i så fall vara tunnare än Vintergatans, men tätare.

– Det innebär att mörk materia inte är jämnt fördelad i och runt omkring vår galax som vi hittills trott. Istället innehåller den en komponent som är mer sammanpackad innanför Vintergatans disk. Vi borde kunna se dess följder.

Till exempel skulle stjärnor som rör sig in mot Vintergatans disk och sedan ut igen påverkas av en extra kraft från diskens mörka skugga. Detta ska kunna registreras med hjälp av den europeiska Gaiasatelliten, som håller på att kartlägga en miljard av Vintergatans 100 miljarder stjärnor.

Fast den mest spännande idén, tycker Lisa Randall, är en möjlig koppling mellan den mörka disken och asteroidnedfallen på jorden. Antalet nedfall på jorden verkar nämligen variera periodiskt med 30–35 miljoner år emellan.

– Många har kommit med olika förslag på vad som kan ligga bakom. Men inget fungerade. Nu, om det nu är så att nedfallen kommer periodiskt, så har vi en möjlig förklaring.

Orsaken skulle vara denna skuggdisk av mörk materia. När solen med sitt planetfölje kretsar kring Vintergatans centrum så guppar den samtidigt lite upp och ner och korsar Vintergatans plan då och då. Gravitationen från den mörka disken skulle då vara tillräckligt stark för att störa Oortsmolnet i solsystemets utkanter, den stora reservoaren av frusna kometer och asteroider. Fler än vanligt påbörjar då en resa in mot solen, vilket leder till fler nedslag på planeterna.

– Vi håller på att undersöka om det stämmer. Det är viktigt att ha en teoretisk modell när man söker efter sällsynta effekter, så att det går att urskilja svaga signaler från vanligt brus. Det kan visa sig vara fel, men om du vill upptäcka helt ny fysik behöver du bra modeller, säger teoretikern Lisa Randall.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

2

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

För en tid sedan såg jag en del av ett vetenskapsprogram, osäkert vilket det var, som väckte en hel del tankar hos mig om mörk materia. Jag vore glad för återkopplingar på dessa.
Enligt programmet så återskapas solsystem efter att dess sol kollapsat, ungefär som en ny fågel fenix reser sig ur askan så uppstår ett nytt solsystem ur resterna efter det tidigare . I den process där den gamla döende solen kollapsar sväller den upp och tar in sina omgivande planeter som kommer att dras med i kollapsen. Under denna process pressas alla atomer ihop och ut kommer nya atomer varav vissa är tyngre än dem som ingick i det tidigare systemet. I programmet påstods det att vårt solsystem är den tredje "generationen" och att de tyngsta av våra grundämnen inte existerade i vårt solsystem innan denna tredje "generation" uppstod.
Vad som slog mig är att det i universum måste finnas massor av solsystem som är väsentligt äldre än vårt, flera "generationer" äldre. Om det vid varje "generationsväxling" skapas nya tyngre grundämnen så måste det finnas ett flertal grundämnen som vi inte känner till. Är detta en orimlig tanke?
Fysiker har räknat på grundämnen och såvitt jag förstår anses det Periodiska systemet fullständigt, atomer kan inte existera om de blir tyngre än de tyngsta listade i det systemet för de blir instabila och faller ihop under sin egen tyngd. Fler grundämnen/atomdefinitioner kan därmed inte existera. Men man kan kanske tänka i andra banor - t.ex. om atompar kan bildas som existerar i symbios med varann? När den ena börjar falla samman stabiliseras den andra som övergår till att bli instabil varvid den första stabiliseras. I varje ögonblick är paret instabilt men över tiden är paret stabilt. Kan man tänka sig att äldre solsystem består av sådana eller någon annan typ av tunga grundämnen som inte kan beskrivas enligt de principer vi byggt upp det Periodiska Systemet efter?

Den mörka materian som verkar omge galaxerna och utgöra en avgörande andel av deras massa, finns trots detta inte tillsammans med den välkända materian i stjärnorna och vad hindrar den att samlas där? - De förklaringar jag hört, begriper jag inte men en osökt förklaring är att den består av tung rymd med en specifik vikt som är oberoende av trycket.

Lägg till kommentar