Forstå mørk materie på 6 minutter

Mørk materie er universets store gåte. Etter 100 års leting har forskerne fortsatt ikke sett stoffet – til tross for at de kan måle at det finnes. Vi tar deg med bak universets skjulte fenomen.

Mørk materie er universets store gåte. Etter 100 års leting har forskerne fortsatt ikke sett stoffet – til tross for at de kan måle at det finnes. Vi tar deg med bak universets skjulte fenomen.

Shutterstock

Universet består ikke bare av stjerner, planeter og galakser. Det inneholder også en mystisk medspiller, nemlig mørk materie.

Mystikken består i at vi vet at mørk materie finnes – det kan vi måle – men vi vet fortsatt ikke hva det består av, siden ingen har sett det.

Forskningsverdenen har lett iherdig etter svaret i nesten 100 år – men foreløpig uten resultat.

© M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia)/ESA/NASA

Mørk materie i tall

Astronomene er i full gang med å undersøke den mørke materien, helt ned til masser på ett nanogram.

Utforskningen

I 2012 beviste den gigantiske partikkelakseleratoren Large Hadron Collider (LHC) at elementærpartikkelen higgsboson eksisterer. Før det var den bare en del av var en matematisk teori.

Nå planlegger det europeiske laboratoriet for kjerne- og partikkelfysikk, CERN, å utvikle en ny – og mye større – partikkelakselerator ved navn Future Circular Collider (FCC), som skal bevise at mørk materie eksisterer.

Den nye akseleratoren vil ha en omkrets på 100 kilometer. Til sammenligning er LHC bare 27 kilometer.

Formålet med den enorme FCC er å la protoner dundre inn i hverandre med sju ganger større kraft enn LHC.

En 100 kilometer lang tunnel skal lokke fram mørk materie ved å få to protoner til å kollidere.

© A. Pantelia/cern

Den foreløpige teorien sier nemlig at mørk materie består av supertunge partikler.

Det gjør at det bare er mulig å lokke dem fram med utrolig kraftige kollisjoner, så den nye akseleratoren kan forhåpentligvis vil gi oss et glimt av det mystiske fenomenet.

Foreløpig lyder planen at Future Circular Collider skal stå klar i 2035. Prislappen blir 250 milliarder kroner.

Milepæler

I 1933 ble den første teorien om mørk materie født. Siden den gang har teleskoper og partikkeldektorer blant annet avslørt mange hemmeligheter om det fysiske fenomenet.

1933: Galakser føder teorien om mørk materie

Astrofysikeren Fritz Zwicky oppdager at massen til de synlige himmellegemene i galaksehop Coma ikke kan holde dem samlet.

© L. Jenkins (GSFC)/JPL-Caltech/NASA

1978: Mørk materie i spiralgalakser

To amerikanske astronomer observerer at spiralgalaksene ikke følger Keplers lover om rotasjon, og bekrefter ideen om mørk materie.

© ESA/Hubble

2006: Galaksesammenstøt viser mørk materie

Når teleskopet Chandra tar bilder av den kolliderende galaksehopen Bullet Cluster, får vi beviser på at mørk materie dominerer hopen.

2008: Hubble kaster nytt lys over mysteriet

Romteleskopet Hubble finner et spor etter mørk materie når observasjoner viser at lyset fra galaksen Abell 2218 endrer retning.

© NASA

2012: Bøyd lys avslører mørk materie

Kanadiske forskere undersøker tyngdepåvirkning fra mørk materie i galakser og presenterer den hittil mest omfattende kartleggingen av fenomenet.

© M. Postman (STScI) and the CLASH Team/ESA/NASA

2013: Mørk materie måles kanskje på romstasjon

En teori om mørk materie sier at partikler som kalles positroner, oppstår når mørk materie kolliderer. I 2013 måler ISS 400 000 av disse.

© NASA

2019: Partikkeldetektorer utelukker kandidater

Partikkeldetektoren ABRACADABRA fjerner den hypotetiske elementærpartikkelen aksion fra listen over mulige kandidater til den mørke materien.

© MIT

Framtiden

Leter etter mørk materie flere kilometer under bakken

En av de framherskende teoriene om mørk materie lyder at det er bygget opp av tunge partikler – weakly interacting massive particles – forkortet til WIMP.

Tidligere har forskerne forsøkt å påvise at slike partikler finnes , men det har de aldri klart. Det kan komme til å endre seg med tre nye partikkeldetektorer.

Tre meget fintfølende partikkeldetektorer plassert flere kilometer under jordens overflate i USA, Canada og Kina skal bevise at mørk materie finnes ved å lete etter de teoretiske, utrolig små og minimalt interagerende partiklene.

© PandaX/Shanghai Jiao Tong University

Forskere i kinesisk laboratorium jakter på den mørke materien

Sichuan, Kina, rommer verdens dypeste undergrunnslaboratorium, der forskere tilknyttet prosjektet PandaX forsøker å avsløre den mørke materien.

I 2020 vil en ny detektor – navn PandaX-xT – lete etter partikler av mørk materie ved hjelp av edelgassen xenon. Partiklene forventes å interagere med atomkjernene i xenon.

© Nick Hubbard/Sanford Underground Research Facility

Mørk materie skal finnes i gullgruve

I en gammel gullgruve i South Dakota skal verdens mest fintfølende partikkeldetektor, LUX-ZEPLIN, finne mørk materie.

Detektoren blir kjølt ned til minus 100 grader og fylt med flytende xenon. Når det stoffet reagerer med partikler av mørk materie, avgir detektoren et lite lys.

© SLAC/Fermilab

Vibrasjoner skal avsløre partikler

Den kanadiske partikkeldetektoren SuperCDMS skal fra 2020 måle vibrasjoner fra partikler av mørk materie. De skal kollidere med atomkjerner av germanium ved -273 °C.