Mystisk mörk materia har vardagliga sidor

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.