Mørk materie og mørk energi — hva vet vi egentlig?

Universet er langt større enn vi ser

Av alt som eksisterer i universet — alle stjernene, planetene, gaskyene, og menneskene som henger rundt på én liten planet — utgjør det bare 4 prosent av universet. Resten er noe vi ikke kan se, ikke kan røre, og ikke helt forstår. Det kalles mørk materie og mørk energi.

Disse to er ikke det samme. Mørk materie er noe som har masse og påvirker gravitasjonen. Mørk energi påvirker utvidelsen av selve universets struktur. Men begge er usynlige. Og begge var helt ukjent før 1930-tallet.

Det høres som science fiction ut. Men dette er mainstream kosmologi — og bevisene er solid.

Tall og trender

Universet består av 4 prosent vanlig materie (atomer, stjerner, planeter), 27 prosent mørk materie, og 69 prosent mørk energi. Denne fordelingen ble fastslått gjennom den kosmiske mikrobølgebackgrunnen (CMB) som ble observert av WMAP-satellitten (2001-2010) og siden bekreftet av Planck-satellitten (2013-2018). Mørk materie er ca. 6 ganger mer massiv enn all vanlig materie til sammen. Mørk energi — som driver universets akselererte ekspansjon — ble oppdaget i 1998 og resulterte i Nobels fysikkpris i 2011.

Hvordan vi oppdaget det usynlige

I 1933 observerte astronomen Fritz Zwicky galaksehoper og målte deres hastigheter. De beveget seg så fort at de skulle blitt spredd fra hverandre ved gravitasjonen — men de holdt sammen. Noe usynlig massa må holde dem sammen. Han kalte det «dark matter». På 1970-tallet observerte Vera Rubin rotasjonshastigheten av galakser og fant samme problem: galaksene roterte så fort at deres stjerner skulle blitt kastet ut i rommet. Igjen: usynlig masse.

"Mørk materie var først en kuriøsitet. I dag vet vi at det utgjør størstedelen av universets materie. Det er ikke at vi har oppfunnet noe merkelig — det er at vi mangler 95 prosent av universets forståelse."

Hva er mørk materie egentlig?

Det vet vi ikke helt. Det finnes flere hypoteser. En type kalles WIMP-er (Weakly Interacting Massive Particles) — hypotetiske partikler som har masse men sjelden interagerer med vanlig materie. En annen type kalles aksioner — ultrasmå partikler som opprinnelig ble foreslått som løsning på et helt annet problem i kvantefysikken.

Laboratorier rundt verden (inkludert Universitetet i Oslo) bruker avansert detektorutstyr for å prøve å oppdage disse partiklene direkte. Så langt uten sukses. Men gravitasjons-bevisene er så sterke at nesten alle fysikere er sikre på at mørk materie eksisterer — vi vet bare ikke hva det er.

Mørk energi: universet som strekker seg

Mørk energi er enda merkeligere enn mørk materie. I 1998 fant observasjoner av fjerne supernovaer at universets ekspansjon var akselerert — det strekkes raskere og raskere, ikke saktere. Dette strider mot det vi trodde: gravitation burde trekke universet sammen. Noe annet driver ekspansjonen.

Fysikere kaller det «mørk energi» og tenker på det som en egenskap ved rommet selv — en konstant som Alexander Einstein faktisk hadde foreslått en gang (og senere ombestemte seg). Men hvordan det virker er fortsatt et mysterium. Det er nærmest som universet selv har en «inneboende frastøtning».

Hva skjer når vi forstår det mørke?

Hvis vi forstår mørk materie og mørk energi, forstår vi universet helt fra grunnlaget. Vi vet how the cosmos was born, how it evolves, and how it will die. Vi vil kunne svare på spørsmål som: Er det flere universer? Hvor kom det mørke fra? Og — helt praktisk — vi vil kanskje oppdage nye fysikk-lover som endrer hele vår forståelse av energi og kraft.

For nå: vi lever i et univers vi bare forstår 4 prosent av. Og det er kanskje det mest dempe faktum i vitenskap — at vi vet så utrolig lite om verden rundt oss.