De fem viktigste teoriene om mørk materie

Universet består av noe vi ikke kan se

I 1933 observerte astronomen Fritz Zwicky noe merkelig. Når han målte hastigheten på galakser i Coma-klyngen, befant de seg langt raskere enn fysikken skulle tillate. Basert på all synlig materie – stjerner, gass, støv – skulle disse galaksene ha løst opp seg for lenge siden. Men de gjorde det ikke. Zwicky konkluderte at det måtte finnes usynlig materie som holder klyngen sammen med sitt gravitasjonsfelt.

For nesten 100 år siden avslørte dette at alt vi faktisk kan se – alle stjerner, planeter, galakser, og selv deg selv – utgjør mindre enn 15 prosent av all materie i universet. Det som gjenstår, omtrent 85 prosent, kalles mørk materie. Det finnes rundt oss, gjennom oss, og mellom galaksene, men vi kan ikke se det, ikke direkte måle det, og vi vet ikke hva det er.

Så hva foreslår dagens vitenskapsmenn? La oss utforske de fem beste hypotesene.

Tall og trender

WIMPs og Axioner: de klassiske kandidatene

Den mest populære teorien i flere tiår var WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles. Tanken var at mørk materie består av massive partikler som nesten aldri interagerer med vanlig materie, men som samles i klynger rundt galakser på grunn av sitt gravitasjonsfelt. Tusenvis av eksperimenter har letet etter WIMPs uten å finne dem, men forskningen fortsetter.

"Vi jakter på noe som vi ikke vet hva er, på steder hvor vi ikke er sikre det befinner seg, ved hjelp av metoder vi er ikke helt sikre fungerer. Men det er akkurat det som gjør det spennende."

Primordiale sort hull og modifisert gravitasjon

En nyere teori foreslår at mørk materie kunne bestå av primordiale sorte hull – små, usynlige sorte hull som ble dannet i det tidlige univers. Denne ideen har fått momentum de siste årene, spesielt etter at LIGO-detektoren oppdaget gravitasjonsbølger fra kolliderende sorte hull i 2015.

En helt annen tilnærming er å anta at det ikke finnes mørk materie i det hele tatt – kanskje fungerer gravity ganske enkelt annerledes enn vi tror på galaktiske skalaer. Denne teorien kalles Modified Newtonian Dynamics (MOND). Den forklarer mange observasjoner, men sliter med å forklare andre, som formasjonen av store strukturer i universet.

Begge teoriene har sine fordeler og svakheter. Primordiale sorte hull er fascinerende fordi vi allerede vet at sorte hull eksisterer. MOND er elegant fordi den ikke trenger å anta eksistensen av en helt ny type materie.

Mørk energi og det store mysteriet

Den femte, og kanskje mest eksotiske, teorien handler egentlig om noe annet: mørk energi. I 1998 oppdaget observasjoner av fjerne supernovaer at universets ekspansjon ikke sakner ned som forventet – den akselererer. Noe presser universet fra hverandre, og vi vet ikke hva.

Omtrent 68 prosent av universet ser ut til å være denne mørke energien. Kombinert med mørk materie, betyr dette at alt vi kan se og forstår utgjør bare 4 prosent av universet. Hvis mørk materie er mysteriet, er mørk energi det større mysteriet.

Noen foreslår at mørk energi og mørk materie kanskje er relatert – eller til og med manifestasjoner av samme fenomen på ulike skalaer. Men foreløpig er dette rein spekulasjon.

Fremtiden for mørk materie-fysikk

Hvordan skal vi finne ut hva mørk materie egentlig er? Det kommer sannsynlig til å kreve både teoretisk innovasjon og nye observasjonsinstrumenter. Teleskoper som James Webb romteleskopet og fremtidlige gravitasjonsbølge-detektorer kunne gi nye spor.

Det som er sikkert, er at løsningen på mørk materie-mysteriet blir like revolusjonerende som Copernicus sitt erkjennelse om at Jorden ikke er universets sentrum. Det vil omforme vår forståelse av virkeligheten.

Og hvem vet – kanskje sitter neste Zwicky et sted på jorden akkurat nå, holder på å observere noe merkelig som vil endre alt. Vitenskapen handler om å se hva som virkelig er der, selv når det trosser forventningene våre.