Hva er mørk materie og mørk energi — og hvorfor finnes de?

Et mysteria større enn alt annet vi vet — hva er 95 prosent av universet?

Hvis du ser opp på stjernehimmelen og tenker at du ser universet, tar du veldig feil. Det du ser — stjerner, planeter, galakser, lysende sky — utgjør bare 5 prosent av alt som finnes. De resterende 95 prosentene? Det er usynlig, og det vi kaller «mørk materie» og «mørk energi». Det er ikke bare det størstedelen av universet — det er også det som holder det sammen og gjør at det ekspanderer.

For de fleste mennesker virker det unaturlig at vi ikke kan se det vi vet finnes. Men det er faktisk helt normalt i fysikken. Vi kan heller ikke se radiobølger, røntgenstråler eller magnetfelt direkte — det betyr ikke at de ikke finnes. Vi bare oppdager dem gjennom deres effekter.

Mørk materie og mørk energi ble ikke funnet fordi noen «så» dem — de ble funnet fordi matemarikken og observasjonene av hvordan universet oppfører seg krevde at noe måtte være der. Uten dem, ville hele vår forståelse av kosmologi dø.

Tall og trender

Hva er mørk materie? — En materiale vi ikke kan se, men som veier enormt

Mørk materie er noe som veier svært mye, men som ikke sender ut lys og ikke kan sees direkte. Tenk på det som «universets lim» — det holder galakser sammen gjennom sin gravitasjonskraft. Hvis det ikke fantes, ville all materie vi ser bare flyte fra hverandre i verdensrommet.

Vi vet at mørk materie finnes fordi galaksene roterer for raskt. Hvis en galakse bare bestod av den synlige materien (stjerner, gass), ville stjernene ved kanten flytte av i en rett linje — de roterer for hurtig til at tyngdekraften fra den synlige materien kunne holde dem igjen. Det må være noe ekstra masse som ikke vi ser, som holder dem på plass.

Fysikere tror at mørk materie kan være massive partikler som sjelden interagerer med normal materie. De kalles WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) eller axioner. En WIMP kunne fly rett gjennom deg, gjennom jorden, gjennom solendig og ut på den andre siden av universet uten at du legger merke til det. Milliarder av dem gjør det sannsynligvis hver sekund.

Og så er det mørk energi — som får universet til å akselerere

Mørk energi er en helt annen greia. I 1998 gjorde astronomer en overraskende oppdagelse: universet ekspanderer raskere og raskere, ikke langsommere som man forventet. Det skulle være som å kaste en ball oppover — den sakner av og faller ned. Men universet oppfører seg som en ball som kastes opp og som faktisk akselererer oppover.

Noe må presse alt fra hverandre, og det er ikke normal materie eller gravitas. Det kalles «mørk energi», og det utgjør rundt 68 prosent av universet. Vi vet ikke hva det er. Noen fysikere tror det er en egenskap ved verdensrommet selv — det som fysiker Albert Einstein kalte «den kosmologiske konstanten» eller «vakuumenergi».

Tanken er at vakuum (tomrom) ikke er virkelig tomt — det vibrerer av energi på kvantennivå. Denne energien skyver universet fra hverandre. En annen teori er at vår forståelse av gravitas er feil på kosmiske skalaer, og det er ikke energi i det hele tatt — vi har bare ikke skjønt fysikken ordentlig enda.

Hvordan vet vi at de finnes hvis vi ikke kan se dem?

Matematikken tvinger oss til det. Når astronomer måler hvor raskt галакси roterer, beregner hvor mange stjerner de inneholder, og bruker loven om bevaring av energi, kommer de fram til at noe mangler. Det kan være det samme som å telle penger: du teller opp 100 kroner, men veien sier du skal ha 150 kroner. Noen penger mangler.

Vitenskapen har også andre metoder. Gravitasjonslinser viser hvordan lys bøyes av massive objekter — og de viser at det omkring galakser som skaper mye sterkere gravitasjonsfelt enn den synlige materien kunne tillate. Mikrooølgebakgrunnen (den «eldste lyset» fra Big Bang) har også mønstre som bare gir mening hvis universet inneholder mørk materie.

Vil du et helt konkret eksempel? Les Bullet Cluster-observasjonene fra 2006, hvor to galaksehoper kolliderte. Når de kolliderte, ble den normale gassen sinnet og oppstod røntgenstrålinger vi kunne se — men mørk materien fortsatte rett gjennom og spredte seg. Dette gav det første visuelle beviset for at mørk materie er distinkt fra normal materie.

Hva som skjer videre — skal vi noen gang finne ut hva det er?

Det er leit å si, men vi vet ikke. Mørk materie har vært en gåte i 50+ år. Fysikere bygger større og større detektorer (som Large Hadron Collider i Sveits og underjordiske detektorer i Minnesota) for å fange WIMPs eller andre mørk-materie-partikler, men hittil uten hell.

Noen fysikere mener vi aldri vil finne det — at det kan være fundamentalt usynlig eller at vår fysikk mangler noe dypsittende. Andre håper at nye teknologier eller observasjoner vil avsløre det. Og noen mener at både mørk materie og mørk energi er tegn på at vi må omskrive fysikken fra bunn av.

For familier og barn som undrer seg over universet: dét er greia. Vi forstår bare 5 prosent av det. Resten er et enormt, uutforsket kontinent av vitenskap. For meg personlig betyr det at universet er mye større og mer mystisk enn det menneskeheten kunne forestille seg. Det er både skremmende og vakker.