Det store flertallet av massen i universet vårt er usynlig. Og i ganske lang tid har fysikere prøvd å forstå hva denne unnvikende massen er. Hvis den består av partikler, er håpet at Large Hadron Collider kan produsere en mørk materiepartikkel, eller romteleskopet vil se den veltalende gammastrålesignaturen til en mørk materiekollisjon. Så langt er det ingenting. Og dette problemet får teoretiske fysikere til å gruble på nye ideer.
I 2017 tok den anerkjente teoretiske fysikeren Lisa Randall en titt på en av de mest utrolige mulighetene for mørk materie. Hypotetisk, selvfølgelig. I stedet for å behandle mørk materie som en bestemt type partikkel, antok hun at mørk materie kunne bestå av en hel familie av partikler som utgjør mørke stjerner, mørke galakser, mørke planeter og muligens mørkt liv. Kjemien i det mørke universet kan være like rik og variert som vår egen "vanlige kjemi."
Men det er ikke så enkelt.
Mørk materieproblem
Universet vårt er et fantastisk, om enn uforståelig sted.
I løpet av de siste tiårene har vi innsett at 84,5% av saken i universet ikke kan sees. Gitt det ganske vanskelig kallenavnet "mørk materie", er dette stoffet i en tilstand der det ikke samhandler med "normal" materie. Som mørk energi er disse tingene "mørke" fordi vi ikke forstår dem.
Hvis det er et stykke mørk materie på skrivebordet mitt nå, vil jeg aldri vite om det. Et stykke mørk materie generelt, som sådan, kan ikke ligge på skrivebordet mitt. Den vil falle gjennom bordet, og gulvet, og jordskorpen, skynde seg inn i tyngdekraften godt ved kjernen av planeten vår. Eller det vil forsvinne ut i verdensrommet på en uforståelig måte. Mørk materie samhandler så svakt med noe at dette stykke ganske enkelt vil falle gjennom vanlig stoff som om det ikke eksisterer.
Salgsfremmende video:
I liten skala er gravitasjons manifestasjonen av mørk materie ubetydelig, men på kosmologiske avstander merkes definitivt tilstedeværelsen av mørk materie - det kan observeres indirekte av dens gravitasjonseffekt på galakse klynger og dens virkning på galaksenes rotasjon. Vi vet at det eksisterer, vi ser det bare ikke.
Og vi vet ikke hva det er. Vi kan bare gjette.
Vanlig stoff - aka baryonisk stoff - samhandler gjennom elektromagnetiske, tyngdekraften, sterke og svake krefter. Disse kreftene overfører energi og gir struktur til all materie. Mørk materie, derimot, blir vanligvis sett på som en amorf sky av "materie" som ikke kan samvirke gjennom elektromagnetiske, svake eller sterke krefter. Derfor antas mørk materie å være "ikke-baryonisk". Ikke-baryonisk stoff kan avsløre sin tilstedeværelse bare på tyngdekraften.
Den ledende kandidaten i jakten på mørk materie er WIMP, en svakt samspillende massiv partikkel. Som navnet på WIMP antyder, samhandler ikke denne hypotetiske partikkelen med normal materie - så den er ikke baryonisk.
Etablerte kosmologiske modeller forutsier at mørk materie - det være seg i form av WIMP-er eller "aksjoner", sier - gir universet vårt struktur og kalles vanligvis for "limet" som holder universet vårt som en helhet.
Astronomen Vera Rubin observerte at galaksenes rotasjon observerte at det meste av saken i galakser ikke er observerbar. Bare en liten prosentandel er synlig - stjerner, gass og støv; resten gjemmer seg i en enorm, men usynlig glorie av mørk materie. Det er som om vår synlige galakse av vanlig materie bare er en hette på et enormt hjul med mørk materie som strekker seg langt utover det vi kan se.
I et nylig publisert papir (2013) presenterte Randall og hennes kolleger en mer kompleks form for mørk materie. I følge dem består ikke den mørke materie-haloen i vår galakse av bare en type amorf masse ikke-baryonisk materie.
"Det virker veldig rart å anta at all mørk materie er sammensatt av bare en type partikkel," skriver Randall. "En objektiv vitenskapsmann skal ikke la mørk materie være så mangfoldig som vår normale materie."
Et rikt "skyggeunivers"?
Akkurat som vårt synlige univers styres av standardmodellen for fysikk - en godt testet familie av partikler (inkludert den beryktede Higgs boson) og krefter, kan en rik og variert modell av mørke materiepartikler og krefter fungere i en mørk galaktisk glorie?
Denne forskningen følger logikken i å anta et rikt utvalg av ukjent fysikk i universets mørke sektor - la oss kalle det “skyggeuniverset” - som går parallelt med vår egen og har alle de kompleksitetene som vårt synlige univers har å tilby.
Astrofysikere har tidligere antydet at "mørke stjerner" - stjerner laget av mørk materie - kan eksistere i vårt eldgamle univers frem til i dag. I så fall argumenterer Randall for at det kanskje kan dannes "mørke planeter". Og hvis det er en familie med mørkstoffpartikler kontrollert av krefter som er utplassert i den mørke sektoren, kan dette føre til kompleks kjemi? Og til livet?
Imidlertid, hvis "mørke" eller "skygge" livet eksisterer parallelt med universet vårt, kan du glemme at vi kan oppdage det.
Skyggelivet vil forbli i skyggene
Det virker fristende å bruke denne hypotesen for å forklare alle de daglige mysteriene, eller til og med paranormale påstander, om at vitenskapen ikke kan bestride eller støtte. Hva om "spøkelser" eller uforklarlige "lys på himmelen" er antikken til mørke skapninger som lever på baksiden av alt?
Selv om denne logikken ville være bra for et TV-show eller en film, ville disse mørke skapningene leve i et skyggefullt univers som er helt uforenlig med vanlig materie. Deres partikler og krefter ville ikke ha noen effekt i vårt univers. Du kunne lese disse linjene som satt på en trestubbe i en mørk skog, og du ville aldri vite noe om det.
Men siden vi sameksisterer med dette skyggeuniverset i samme romtid - ingen ekstra dimensjoner eller multivers, kan bare ett signal overføres.
Gravitasjonsbølger ble først oppdaget i 2016, og den første oppdagelsen av disse krusningene i romtiden var forårsaket av kollisjon av svarte hull. Det virker ganske mulig at gravitasjonsbølger kan oppdages i den mørke sektoren, men bare de kraftigste kosmiske hendelsene i den mørke sektoren kan oppdages ved enden av ledningen.
Alt i alt vil vi nesten aldri bevise eksistensen av søte mørke materier, men Randall gjør et poeng. Når vi tenker på kilden til mørk materie, må vi se utover fordommer; den mørke sektoren kan være en sammensatt familie av partikler og krefter som er utenfor det vi kan forestille oss.
Ilya Khel
