Artikkel

Mørk materie: UiO-forsker tok livet av populær teori

Melkeveien med blå mørk materie-sky.
Melkeveien med en blå mørk materie-sky slik en kunstner ser det for seg. Illustrasjon: ESO/L. Calçada

Mørk materie: UiO-forsker tok livet av populær teori

Teoriene om hva mørk materie kan være, er mange. Nå er en hel klasse av dem utelukket, men det er mange muligheter igjen.

95 prosent av materien i universet er laget av noe vi ikke aner hva er. Vi ser effektene av det, og vi vet at det reagerer på gravitasjon. Dette ”noe” har fått navnet mørk materie og er et av de største mysteriene i moderne vitenskap.

En hypotese er at den mørke materien består av hittil ukjente partikler som lar seg påvirke også av en annen kraft enn gravitasjon. Partiklene går under navnet WIMP, weakly interacting massive particles – svakt vekselvirkende partikler.

WIMP'er letes det etter i en rekke forskjellige eksperimenter, både under jorda og i rommet.

Se video om mørk materie og hvordan vi leter etter WIMPer:

Melkeveien-eksempel

Ettersom årene går uten at WIMP'ene gir lyd fra seg, blir alternative forklaringer forsket fram. En populær teori er at mørk materie-partiklene vekselvirker (reagerer) litt med seg selv.

Torsten Bringmann er teoretisk fysiker ved UiO og forklarer hvorfor akkurat denne forklaringen er blitt så populær:

Torsten Bringmann
Torsten Bringmann. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

— Tenk på en galakse, som for eksempel vår egen Melkevei, begynner han. – Stjernene i Melkeveien er samlet i en flat skive. Men egentlig er galaksen mye større enn det vi kan se – stjernene i skiva er omgitt av en enorm kuleformet sky av mørk materie.

— Vent litt, det er du sikker på? At det er mørk materie der? Det kan ikke bare være noe feil med gravitasjonsteorien, som noen påstår?

Helt sikker! Mørk materie finnes. Vi har en mengde astronomiske observasjoner som viser mørk materie.

Bringmann får fortsette forklaringen: Vi tror mørk materie-kula fantes først og at vanlige partikler ”falt inn” i den og dannet galaksen slik vi kjenner den. Fra simuleringer forventer vi da at tettheten av masse i galaksen skal øke jo nærmere sentrum vi kommer i galaksen. Men ser vi etter, stemmer ikke dette i det hele tatt. Sentrum i mange galakser er slett ikke så tett som det skulle vært ut fra teorien.

Antar vi at mørk materie-partiklene vekselvirker litt med hverandre, løses imidlertid det problemet, og modellen går opp.

LES MER OM MØRK MATERIE: Universets mørke sider

En ny, ukjent kraft?

Hvordan partiklene vekselvirker, er ikke kjent. Kanskje er det via en foreløpig ukjent kraft, som da ville kreve en ny kraftbærende partikkel – på samme måte som elektromagnetismen formidles av fotoner. 

Problemet er at disse kraftbærende partiklene ikke er stabile. Det kan vi si ut fra det vi vet om kosmologien, sier Bringmann.

Teorien sier at de omvandles til vanlige partikler, men ingen hadde hittil tenkt på å undersøke konsekvensene.

Det gjorde Bringmann og samarbeidspartnerne. De fant ut at selv-vekselvirkende mørk materie ville produsert så mange av disse nye kraftbærende partiklene at det ville ha endret mønsteret til den kosmiske bakgrunnsstrålingen som vi ser fra alle kanter i universet og som ble målt med svært høy presisjon av Planck-eksperimentet.

Resultat: En hel klasse av mørk materie-modeller kan utelukkes.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Teorien som forsvant

— Så den populære teorien er ikke lenger mulig? Det pleier det jo bli bråk av?

Vi har fått endel oppmerksomhet omkring studien vår, humrer Torsten Bringmann fornøyd.

Men det er ikke slutt på selv-vekselvirkende mørk materie som sådan, bare på den hittil mest populære varianten.

Vi samlet nylig mange verdensledende eksperter til en workshop som handlet kun om selv-vekselvirkende mørk materie, forteller Bringmann. 

Vi har heller ikke begravet WIMP'ene ennå, altså! Jeg jobber med det selv, så jeg vil bli veldig, veldig glad hvis de blir bekreftet. I løpet av maksimalt fem til ti år tror jeg vi har svaret på om det er WIMP'er eller ikke, legger han til.

Har kunnskap fra CERN

Selv-vekselvirkende mørk materie er fremdeles en veldig spennende klasse av kandidater, men det kan ta enda noen år til før vi eventuelt kan finne denne typen mørk materie.

Grunnen til at det er vanskeligere å påvise slike selv-vekselvirkninger, er at det handler om astrofysikk og hvordan strukturdannelsen i universet fungerer, sier Bringmann.

– Dette forstår vi ikke på langt nær så bra som eksperimenter som prøver å oppdage WIMP'er og som bygger på partikkelfysikk ganske nært det vi har lært fra partikkelkollisjoner ved akseleratorer som Large Hadron Collider på CERN.

Kontakt:

Torsten Bringmann, professor ved Fysisk institutt

Vitenskapelig artikkel:

Artikkelen Strong Constraints on Self-Interacting Dark Matter with Light Mediators er publisert i Physical Review Letters: Torsten Bringmann, Felix Kahlhoefer, Kai Schmidt-Hoberg, and Parampreet Walia, Phys. Rev. Lett. 118, 141802

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

CINPLA-forskere: Mattis Wigestrand, Kristian Lensjø, Elise Holter Thompson, Marianne Fyhn, Torkel Hafting, Anders Malthe-Sørenssen.

De fant «nettingstrømpene» som beskytter langvarige minner i hjernen

Elise Holter Thompson satt med en litt kjedelig oppgave, nemlig å studere videoer av rotter som hadde gjennomgått en hukommelsestest. Plutselig oppdaget hun noe  veldig rart – og det førte til at forskergruppen CINPLA ble først i verden til å påvise at strukturer på utsiden av selve hjernecellene spiller en viktig rolle for bevaringen av langtidsminner.

FlyVinter1

Landing på glatt rullebane blir tryggere med matematikk og Big Data

Passasjerflyenes piloter har en krevende oppgave når de skal gå inn for landing om vinteren med et fly som kan veie opptil 60 tonn og ha en fart på opptil 270 km/t. Ved 16 norske flyplasser får pilotene nå hjelp av et avansert system som samler inn en mengde data og beregner hvor glatt rullebanen er, lenge før flyhjulene treffer bakken.