Hoppa till huvudinnehåll

Vetenskap

Mörk materia - universums osynliga pusselbit

Från 2013
Uppdaterad 03.04.2017 16:13.
Bild av nattlig stjärnhimmel.
Bildtext Det finns mer där ute än vi kan se.
Bild: Ugud Ikizler

Vi har kommit en god bit på vägen sedan Galileo Galileis dagar. Vi vet faktiskt en hel del om vårt universum. Men det finns ännu mer av den varan som vi inte har en blekblå aning om.

Faktum är att den del som vi kan se och forska i, den bit av kosmos som består av materia, den utgör ynka 5 procent av hela den stora kakan.

Det här betyder att nästan 95 procent av universum är… ja, vad är det? Cirka 70 procent består av den supermystiska ”mörka energin” som är en term påkommen i brist på bättre, för att beskriva det där någonting som får universum att utvidgas allt fortare.

Och den resterande dryga fjärdedelen av kakan är det som vi har valt att kalla mörk materia.

Fast Kari Enkvist, professor i teoretisk fysik och kosmologi vid Helsingfors universitet, han tycker att namnet är missvisande. Det här är inte något slags kosmisk lakrits. Kalla det hellre ”genomskinlig materia”, säger Enqvist.

- Namnet ”mörk” materia för tankarna till någonting mörkt. Men mörk materia är inte mörk i ordets vanliga betydelse. Den är osynlig, helt enkelt. Genomskinlig. Den reagerar inte med ljus, lite som ett vältvättat fönster. Vi vet att det finns där, men vi ser rätt igenom det.

Vintergatan som en LP-skiva

Jaha, nå men hur vet vi att det finns där då? Nå: tänk dig vår galax Vintergatan, en enorm gammal LP-skiva bestående av hundratals miljarder stjärnor, varav vår sol är en. Då är den bit som vi kan se, stjärnorna, bara den innersta delen av skivan. Den som den runda etiketten i mitten sitter på. Och den svarta biten utanför, den som musikspårena sitter på – just det, den är den mörka materien i den här jämförelsen, säger Kari Enqvist.

Bildtext Kari Enqvist
Bild: Wikimedia Commons

- Galaxens krans av mörk materia är helt enkelt mycket större än den synliga delen i mitten, den med solen och alla de andra stjärnorna .

Det här var något som man insåg redan på 30-talet: galaxerna roterar mycket fortare än vad de borde göra i förhållande till den mängd synlig materia som de innehåller. Galaxkluster, alltså galaxgrupper, skulle inte heller kunna röra sig som de gör om det inte fanns någonting där ute som drar i dem med sin tyngdkraft.

Och det här någonting – vad består det av? Eller låt oss säga: vilken är den bästa gissning som vi har i dag? Nå, den kallas WIMP. Weakly interacting massive particles. Svagt växelverkande massiva partiklar. Lite som neutrinerna, spökpartiklarna vars existens vi känner till med säkerhet. Solen bombarderar oss hela tiden med neutriner, men de passerar glatt genom både oss och hela jorden, som om vi inte existerade.

Faktum är att man länge, ända in på 80-talet misstänkte att neutrinerna VAR mörk materia, säger Kari Enqvist.

- Trots att vi vet med säkerhet att neutrinerna existerar, och att det finns en ohygglig mängd av dem där ute i universum, så räcker deras sammanlagda massa inte till för att fylla den mörka materians lucka i pusslet. Långt ifrån, faktiskt. Neutrinerna är helt enkelt för lätta.

Länge trodde man faktiskt att neutrinerna inte hade någon massa alls.

En gruva, en stor bytta - och massvis med tid

Men om de föreslagna WIMP-partiklarna, alltså mörk materia existerar och beter sig ungefär som neutriner, så borde man kunna upptäcka dem ungefär på samma sätt som man upptäcker neutriner, säger Kari Enqvist.

- Skillnaden mellan neutrinerna och WIMP-partiklarna är att WIMParna är mycket större och tyngre, även om det inte gör dem det minsta lilla lättare att få syn på, just för att de nästan aldrig reagerar med den synliga världen.

Kvanthopp: Inslag - Spela upp på Arenan

Nyckelordet här är ”nästan”. För också om de allra flesta partiklarna passerar genom oss som om vi inte fanns, så händer det att någon enstaka partikel krockar och reagerar med en atom från ”vår” värld. Just nu finns det flera underjordiska observatorier i världen vars syfte är just att spana efter sådana här träffar.

Underjordiska, eftersom man vill eliminera all sorts bakgrundsnojs som kosmisk strålning t.ex. Med andra ord, om du vill göra ett försök att observera mörk materia, då behöver du en gammal gruva eller något annat lämpligt hålrum djupt nere i berggrunden, och en bytta full av något slag lämpligt ämne, flytande xenon eller argon till exempel. Och så behöver du tid. Massvis med tid, säger Enqvist.

- Är din bytta tillräckligt stor och du har tillräckligt med tid att vänta så kommer du förr eller senare att se den där pyttelilla blixten som skvallrar om att en supersällsynt krock mellan mörk materia och vår värld har ägt rum. Men du måste ha gott om tålamod.

Mörk materia i galaxens centrum?

Men man kan också försöka skrämma fram mörk materia i laboratoriet, så som man har gjort på CERN, i den väldiga partikelkollideraren LHC. Men problemet där är återigen det att hur ska man få syn på de mörka WIMParna också om man lyckas krocka till en hel hop av dem?

- Eftersom partiklarna av mörk materia växelverkar väldigt svagt med vår värld – inklusive mätapparaturen, som de helt enkelt flyger rätt igenom utan att lämna några spår – så är det väldigt svårt att få syn på WIMP-partiklar i laboratorieförhållanden, säger Enqvist.

LHC är dessutom dyr i drift, då kan det vara billigare med byttan i berget.

Fast helt nyligen har också rymdbaserade experiment, till exempel Fermi-rymdteleskopet, iakttagit gammastrålning utifrån kosmos, som sannolikt härstammar från sönderfallande WIMP-partiklar. Och vill man spana in den här sortens signaler så lönar det sig att rikta blickarna mot Vintergatans centrum, som med sin massiva tyngdkraft antas hysa speciellt mycket mörk materia.

Men om nu mörk materia i princip finns överallt, så, Kari Enqvist – finns det av den just nu, just här i det här rummet?

- Jo, utgår man från att den mörka materian är ens någorlunda jämt fördelad i galaxen så borde det finnas någonting i stil med en partikel per kubikmeter i rummet där vi befinner oss just nu

Mer om ämnet på Yle Arenan