04.06.17: Til vanlig får vi kunnskap om Universet ved hjelp av lys fra objekter – enten synlig lys, infrarødt, ultrafiolett, røntgenstråling eller gammastråling. Men hva gjør vi dersom noe materie ikke sender ut lys? Kan vi noen gang finne svar på hvorvidt slik materie i det hele tatt finnes, hvor mye det i så fall finnes og hvordan kan vi finne ut hva dette egentlig består av?

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Klumper av mørk materie som er funnet ved å studere gravitasjonslinseeffekten, er vist som blå flekker.
Foto: NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, and Space Telescope Science Institute), N. Benítez (Institute of Astrophysics of Andalucía, Spain), T. Broadhurst (University of the Basque Country, Spain), and H. Ford (Johns Hopkins University, USA)

Forskerne antar at hele 25 prosent av Universet består av det mystiske, og også hittil usynlige stoffet, mørk materie. Ca. 70 prosent, er mørk energi mens de resterende 5 prosent er vanlig materie. Da Jan Oort i år 1932 studerte omløpshastighetene til stjernene i Melkeveien fant han ut at den synlige massen ikke var nok til å holde galaksene samlet – det vil si at tyngdekreftene fra stjernene og andre synlige objekter ikke skulle være tilstrekkelig til å holde stjernene i bane – det måtte finnes en annen gravitasjonskilde. Det samme fant Vera Rubin ut på 1970-tallet da hun studerte rotasjonshastigheter til galakser. Ved å studere spiralgalakser som vi observerer fra siden – edge on –, estimerte hun at det må være 6 ganger så mye mørk materie som vanlig materie.

Fordeling av mørk materie i superhopen Abell 901/902
Foto: Foto: NASA, ESA, C. Heymans (University of British Columbia, Vancouver), M. Gray (University of Nottingham, U.K.), M. Barden (Innsbruck), and the STAGES collaboration

Tidligere antok forskerne at det ikke dreide seg om en usynlig masse, men at det var en mistolkning av hvordan tyngdekraft fungerer på stor skala. Men selv om den mystiske mørke materien ennå ikke har vært mulig å oppdage, kan vi likevel vite at den finnes ved hjelp av indirekte metoder.

Det mest vanlige er at stoffet påvirker lys ved hjelp av tyngdekreftene og at vi av dette kan fortelle hvor mye masse som forårsaker denne påvirkningen. For eksempel vil tyngdekraften fra mørk materie bøye lyset fra fjerne objekter, altså kan forskerne benytte mørk materie som teleskop selv om man ennå ikke vet hva mørk materie faktisk er!

Forskere antar at det Universet vi befinner oss i består av vanlig materie eller såkalt baryonsk materie, men at denne vanlige materien også kan hjelpe oss å lokalisere hvor den mørke materien befinner seg.

Et av de aller mest interessante spørsmålene forskere stiller seg er om det finnes hele galakser som hovedsakelig består av mørk materie og som derfor ikke er synlige for oss, men likevel påvirker omgivelsene ved hjelp av tyngdekrefter.

Forskerne har også klart å kartlegge strukturer i form av enorme «vegger» og filamenter i den mørke materien, noe som danner de største kjente strukturene i Universet.

Man tror nemlig at vanlig materie følger den mørke materien og man kan kartlegge hvordan galakser og galaksehoper er lokalisert. Man antar at strukturen i mørk materie er noe tilsvarende.

Simulering av mørk materie.
Illustrasjon: NASA

Nylig har forskerne laget storskalasimuleringer av Universet der de har latt Universet starte med en nesten jevn fordeling av mørk materie. Når forskerne lar universmodellene utvikle seg over tid for eksempel ved at Universet ekspanderer, dannes klumper av mørk materie som omdannes til galakser i alle filamentene.

Man kan derfor på en måte oppspore fordelingen av mørk materie ved å forstå ekspansjonen av rommet sett i forhold til tyngdekreftene som danner galaksene vi kan se.

Disse ulike fordelingene av vanlig materie og mørk materie følger ikke alltid fordelingen 1:6 – det man ser er klumper av mørk materie som enkelte ganger er adskilt fra vanlig materie. Ved en slik jevn fordeling av materie i Universets barndom var tettheten noen steder bare var litt høyere enn gjennomsnittet. Disse områdene trakk seg senere sammen og dannet galakser. Mange av disse galaksene var mye mindre enn Melkeveien, så små at de ville hatt problemer med å holde på stoffet som de består av.

Da disse galaksene begynte å danne stjerner, må mye gass som kunne ha blitt til nye stjerner i stedet ha blitt blåst ut av galaksen. Men mørk materie vil ikke bli blåst ut, og dermed kunne galaksene ha endt som bittesmå galakser med hovedsakelig mørk materie. Disse kan inneholde noe gass, men denne vil være svært vanskelig å oppdage.

Moderne kosmologiske teorier sier at det bør finnes tusener av klumper av mørk materie i bane rundt Melkeveien. Noen av disse kan bli ødelagt når de passerer gjennom den enorme melkeveiskiven mens de mindre klumpene kan bli ødelagt av tidevannskreftene mens de går i bane rundt vår galakse. Men man ser likevel for seg at noen av disse overlever. Slike klumper kan også stupe gjennom såkalte stjernestrømmer som dannes når små galakser av ordinær materie faller inn i Melkeveien og blir strukket av tidevannskreftene fra denne. Dersom klumper av mørk materie passerer gjennom slike stjernestrømmer, vil de påvirke tettheten i disse, noe som kan indikere hva slags type mørk materie klump som stupte gjennom dem.

Kunstnerisk fremstilling av mørk materie rundt Melkeveien.
Illustrasjon: ESO/L. Calcada

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

Mer informasjon

Flere artikler om kosmologi