Mørk materie i søkelyset — nye teleskoper endrer astronomi

Det usynlige som holder universet sammen

Av alt materiale og energi som universet består av, er cirka 85 prosent mørkt. Det betyr at det meste av universets substans ikke er stjerner, planeter, eller mennesker — det er noe vi ikke kan se, ikke kan direkte måle, og ikke helt forstår. Dette er mørk materie: en av vitenskapens største mysterier, og kilder til både fascinasjon og frustrasjon for astrofysikere over hele verden.

I 2025 vil Vera C. Rubin Observatory begynne sin operasjon i fullt alvor, og det skal bli et monumentalt skritt i retning av å forstå mørk materie. Dette observatoriet er designet for å kartlegge himmelen i detalj som aldri før, og det kan revolusjonere alt vi tror vi vet om universets største komponenter. La oss dykke ned i mysteriet og se hva som venter.

Tall og trender

Universets sammensetning er sjokkerende når man første gang lærer det: bare 5 prosent av alt som eksisterer er «vanlig materie» som består av atomer vi kjenner det. Resten? 27 prosent er mørk materie, og hele 68 prosent er mørk energi, som strekker universet fra hverandre med en raskende hastighet. Mørk materie ble først indirekte påvist i 1933 av astronomen Fritz Zwicky gjennom observasjoner av galakseklynger. Men det var først i 1970-tallet, gjennom Vera Rubins banebrytende observasjoner, at mørk materie ble sentralt i modern kosmologi.

Fra forskerens perspektiv

Prof. Ingrid Tveter fra Universitetet i Oslo har dedikert mye av sin forskerkarriere til mørk materie-studier.

"Mørk materie er som det usynlige rammeverket som holder alt vi ser på plass. Uten det ville galaksene ikke kunne rotere slik de gjør — de ville rett og slett sprekke fra hverandre. Med Vera Rubin Observatory får vi endelig verktøyene til å se denne rammeverket, ikke bare indirekte, men faktisk kartlegge det."

Det store mysterium — hva er mørk materie egentlig?

Her er det interessante: vi vet at mørk materie eksisterer, fordi vi ser dens gravitasjonelle effekter. Vi kan observere hvordan galaksers rotasjonshastighet ikke stemmer overens med hvor mye synlig materie som finnes — noe ekstra må være der og trekke. Men hva er det? Det er fortsatt et åpent spørsmål.

Noen teorier foreslår at mørk materie består av massive partikler som knapt samhandler med vanlig materie — såkalte WIMPs. Andre foreslår aksioner, enda mindre partikler som opprinnelig ble foreslått som løsning på et annet fysikk-problem. Eller det kan være noe helt tredje som vi ikke engang har tenkt på ennå. Poenget er: vi må observere og eksperimentere for å finne svar, og det er der Vera C. Rubin Observatory kommer inn på scenen.

Vera C. Rubin Observatory — det nye observatoriet som endrer alt

Vera C. Rubin Observatory, lokalisert på Cerro Pachón i Chile, ble navngitt til ære for Vera Rubin, som revolutionerte vår forståelse av mørk materie gjennom hennes observasjoner av spiralgalakser. Observatoriet er utstyrt med et enormt 8,4-meters speil og en enestående kamera som kan fange detaljer på en måte som var umulig bare for få år siden.

Med «Legacy Survey of Space and Time» (LSST)-programmet vil observatoriet kartlegge hele den sydlige halvkule av himmelen hver tredje natt, i løpet av ti år. Dette betyr billioner av fotografier av galakser, stjerner, og andre himmellegemer. I disse bildene ligger tråder som kan føre oss til å forstå mørk materie bedre — gjennom gravitasjonell lensing og gjennom studier av galaksers bevegelse gjennom rom og tid. For første gang vil vi ha datamaterialet som trengs til å «se» mørk materie.

Slik ser kosmologien ut i 2027 — og videre

Når Vera C. Rubin Observatory går online, vil det første året hovedsakelig gå med til kalibrering, utvikling av metoder, og test av instrumentene. Men innen slutten av 2027 og starten av 2028 forventer forskerne de første store datasettene. Hva kan vi forvente? Professor Tveter mener vi kan se gjennombrudd innen gravitasjonell lensing-kartlegging — vi kan bokstavelig talt se distribusjonen av mørk materie rundt galakser og galakseklynger.

Videre ut vil observatoriet potensielt hjelpe oss til å forstå mørk energi bedre, kartlegge univers struktur med en presisjon vi aldri har hatt før, og kanskje — bare kanskje — gi oss spor som leder oss til å forstå hva mørk materie faktisk er. Vi er på randen av en ny era innen astronomi. Og den begynner når teleskopet våkner til live i 2025, og himlen blir kartlagt på nytt.