Mørk materie: Univers' største mysterium

Det vi ikke kan se utgjør det meste av alt

Tenk på alt du kan se – stjerner, planeter, mennesker, biler, hus, alt vanlig materie av alle slag. Nå multipliser det mentalt med fem eller seks ganger. Det er den omtrentlige mengden av mørk materie i universet sammenlignet med alt det synlige. Mørk materie er ikke bare en kuriøs astrofysisk forklaring på et observert fenomen – det er den absolutt dominerende komponenten i universet. Uten mørk materie ville universet ikke kunne holdes sammen i sitt nåværende tilstand. Uten den ville galakser som Melkeveien sprenge fra hverandre innen sekunder eller minutter når som helst, splittet opp av de samme gravitasjonslovene som får små planeter til å falle mot massive stjerner. Men de gjør det ikke – noe usynlig holder dem sammen på plass. Denne mystiske 'noe' kalles mørk materie, og selv etter nærmere et helt århundre med at mennesker har vidst om dens eksistens, vet vitenskapen fortsatt ikke hva det fundamentalt er.

Fra utenkelig hypotese til akseptert realitet

Historien om mørk materie begynner i 1933 med sveitsisk astronom Fritz Zwicky som observerte noe dypt merkelig. Coma Berenices-galaksehopen – en samling av hundrevis av galakser bundet sammen av tyngde – beveget seg såpass fort at den matematisk burde sprenge fra hverandre. Hvis man beregnet hvor mye masse som var nødvendig for å holde den sammen basert på alt det synlige stoffet – alle stjernene, gassen, alt – burde systemet flytte fra hverandre som sprengstoff. Men det gjorde det ikke. Zwicky kalte det 'dark matter' – mørk materie – en substans som var fullstendig usynlig men som måtte være der for å forklare hva han observerte. Resten av astronomien var skeptisk i flere tiår. Men når 1970-talls astronomer som Vera Rubin observerte hvordan stjerner i ytterkantsonen av spiralgalakser roterte minst like fort som stjerner nær sentrum – noe som skulle være fysisk umulig uten enorm tilleggsmasse – ble mørk materie ikke lenger spekulasjon men et forstyrrende, påtrengende faktum.

Hva kan mørk materie faktisk være?

Og her blir mysteriet virkelig dypt og slående. Selv med titusenvis av eksperimenter i gang verden over, har vitenskapen ikke det ringeste hverdagslig navn for hva mørk materie faktisk består av. Kandidatene er mangfoldige: WIMP-partikler (Weakly Interacting Massive Particles) som ville være massive men interagerer så svakt med vanlig materie at de passerer rett gjennom kroppen din og hele jorden uten å treffe noe; aksiomer – hypotetiske partikler som opprinnelig ble foreslått for å løse helt andre problemer i partikkelfysikken men som også kunne være mørk materie; eller til og med primordiale sorte hull som oppstod i det tidlige universet rett etter Big Bang. Noen radikale fysikere har til og med foreslått at vi kanskje bare har det grundleggende galt med tyngdelovenes formulering – at universets tyngdekraft oppfører seg merkelig i veldig stor skala. Men all observasjonsbevis peker mot at noe materielt faktisk er der, noe vi bare ikke kan direkte detektere eller se – ennå.

Tall og trender

Hvor massiv er mørk materies rolle i universet?

Den globale jakten på mørk materie

Universitetene og vitenskapsinstituttene verden over har dedikert enorme ressurser til å finne og identifisere mørk materie. Eksperimenter som XENON i Italia og LUX i USA bruker mange tonnes med kjemisk rent materiale – ofte tungsten eller xenon – stasjonert mildt under jorden for å skjerme fra forstyrring fra kosmiske stråler, i håp om å detektere en enkelt mørk materie-partikkel som tilfeldigvis passerer gjennom apparatet. Andre eksperimenter som ADMX bruker kraftige elektromagnetiske magnetiske felt for å søke etter aksioner som alternativ hypotese. Satellitter som Planck og WMAP har kartlagt univers' mikrobølgebakgrunn – det kosmiske ekkoet fra Big Bang selv – på måter som bekrefter og detaljer både eksistensen av mørk materie og mørk energi. Hver gang en detektor slår til uten å finne det forventede, eliminerer det mulighetene og brenger vitenskapen nærmere det riktige svaret. Å finne og identifisere mørk materie ville bli en av vitenskapens største triumfer – på nivå med Heisenbergs oppdagelse av elektron eller Ramsays oppdagelse av helium.

Vi bor i et eksotisk, usynlig univers

Mørk materie er en dyp påminnelse om hvor dypt menneskets kunnskap ikke strekker.

"Alt menneskeheten helt siden oppstart har kunnet se – alle stjernene, alle planetene, alle mennesker, alle galakser vi har observert – utgjør bare 15% av universet. Vi vet ikke 85% av det som eksisterer. For enhver sann vitenskapsmann er det dyp ydmykhet og forundring."