Vi har förtydligat hur vi behandlar personuppgifter och cookies.

Läs mer

En utskrift från Dagens Nyheter, 2019-04-23 00:59

Artikelns ursprungsadress: https://www.dn.se/nyheter/vetenskap/gamla-stenar-och-galaxer-langt-langt-borta-kan-avsloja-universums-gatfulla-innehall/

Vetenskap

Gamla stenar och galaxer långt, långt borta kan avslöja universums gåtfulla innehåll

Det europeiska rymdteleskopet Planck har tagit en bild av den kosmiska bakgrundsstrålningen, universums äldsta ljus, som skickades ut bara 380.000 år efter Big bang. Färgerna visar mycket små temperaturskillnader, som sedan utvecklades till dagens stjärnor och galaxer. Bilden från Planck visar att universum består av 68 procent mörk energi, 27 procent mörk materia och bara 5 procent vanlig materia. Foto: ESA/Planck Collaboration

Fossil av mörk materia kan finnas i berggrunden, och mycket avlägsna galaxer kan ge svar om den mörka energin. Forskare söker nya metoder för att förstå universums okända innehåll.

Rätta artikel

Det enda jag vet är att jag ingenting vet, heter det i Sokrates paradox. Det är inte riktigt sant. Vi vet till exempel en hel del om materia. Du själv och allt du ser omkring dig, telefonen eller tidningen du läser i nu, och även alla universums stjärnor och planeter, är alltihop uppbyggt av atomer. Och atomer känner vi till ganska väl.

Men materia av atomer är bara en mycket liten del av universum: knappt fem procent. De övriga 95 procenten vet vi ingenting om.

Först har vi den mörka materian. Den utgör nästan 27 procent av universum. Det finns alltså mer än fem gånger så mycket mörk som vanlig materia. Och den finns överallt: under oss, över oss och inuti oss. Hela Vintergatan är omsluten av ett klot av mörk materia. 

Men den mörka materian syns inte, och vi vet inte vad det är. Vi vet bara att den måste finnas, bland annat eftersom galaxerna är mycket tyngre än de ser ut att vara. Någonting massivt som inte skickar ut ljus håller ihop dem.

Den mörka materian måste bestå av något helt annat än de partiklar vi består av. Den hetaste kandidaten kallas wimps, weak interacting massive particles, eller tunga elementarpartiklar som bara känner av mycket svaga krafter.

– Det är partiklar som väger ungefär lika mycket som en atomkärna, och som kan flyga rakt igenom allting, säger Sebastian Baum, doktorand i teoretisk fysik vid Stockholms universitet.

I dag använder forskarna flera olika metoder för att hitta partiklar av mörk materia. Vid partikelacceleratorn LHC på Cern i Genève försöker fysikerna producera wimps eller andra mörk materia-partiklar. Rymdteleskop söker efter ljus som skapas när wimps kolliderar med varandra och förintas. I underjordiska tankar fyllda med flytande xenon (en ädelgas) eller andra ämnen hoppas forskarna kunna se spår av wimps som passerar.

– Man har ett ton flytande xenon, under ett stort berg eller långt ned under jord, och tittar noga på den under ett år eller så för att hoppas få se en wimp krocka med en atomkärna i realtid. Men hittills har man inte sett någonting. Vi har försökt med detta i nästan 30 år, och det enda sättet att förbättra detektorerna är att bygga större och större tankar. Nu är vi uppe i ett ton, och det finns ju en gräns för hur stora tankarna kan bli, och ett experiment kan bara hålla på högst några år, säger Sebastian Baum.

Tillsammans med några kolleger i Stockholm och Polen föreslår han nu ett helt annat ställe att leta efter mörk materia: i gamla stenar nere i berggrunden.

– Vår idé är att använda något som har hållit utkik under mycket, mycket långt tid, som miljarder år. Jorden är bara 4 miljarder år, så de äldsta mineralerna är runt 1 miljard år gamla.

Atomerna i ett mineral sitter ordnade i mönster med fasta avstånd mellan varandra. Om en wimp kolliderar med en atomkärna kan atomen få en knuff så att den far iväg en bit genom kristallmönstret och river upp ett spår av skador bakom sig. Även om det hände för mycket länge sedan finns spåret kvar, som ett minne, ett fossil eller en inspelning av den mörka materie-partikeln som en gång gick genom stenen. Sådana avtryck är möjliga att upptäcka, menar Sebastian Baum.

– Och vi behöver inte tonvis med sten. Det räcker med lite sten från djupa hål. Sådana borrkärnor finns redan, från undersökningar gjorda av geologer och oljebolag, säger han.

I en artikel i tidskriften Physical Review D beskriver Sebastian Baum och hans medarbetare Andrzej Drukier, Katherine Freese, Maciej Górski och Patrick Stengel hur de gamla stenarna skulle kunna användas som detektorer för mörk materia. Innan året är slut hoppas de att det är möjligt att göra de första småskaliga experimenten för att visa att tekniken fungerar. Att hitta spår av wimps kommer att ta längre tid, och ännu längre innan vi har tillräckligt med belägg för att de är den gäckande mörka materian.

– Det är något extraordinärt, och då krävs extraordinära bevis. Men vi tror att det är möjligt att se mörk materia i berggrunden, säger Sebastian Baum.

Hobby-Eberly-teleskopet i västra Texas är ett av världens största optiska teleskop. Foto: Ethan Tweedie

Att universum innehåller en komponent till, förutom materia och mörk materia, fick vi veta först i slutet av 1990-talet. Två grupper av astronomer upptäckte oberoende varandra att rymden utvidgas fortare och fortare, tvärtemot vad alla trodde. 

Det som driver på expansionen, och som utgör hela 68 procenten av universum, kallar vi mörk energi. 

– Men det kanske inte är mörkt, och det kanske inte är energi. Det är bara ett namn vi har hittat på för att beskriva vår okunnighet, säger Karl Gebhardt, professor i astrofysik vid University of Texas i Austin.

Han driver experimentet Hetdex, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment. Hobby-Eberly-teleskopet i västra Texas ett av världens största optiska teleskop, och Karl Gebhardts forskargrupp använder det för att undersöka hur expansionen såg ut när universum var mycket ungt. 

– Vi vill undersöka minst en miljon galaxer mellan nio och elva miljarder ljusår bort. Eftersom vi är i Texas måste jag säga att det är den största undersökning som någonsin har gjorts, säger han.

Målet är att ta reda på hur expansion har sett ut under olika epoker i universums historia.

– Vi måste veta hur snabbt universum expanderade för två miljarder år sedan, för fem miljarder år sedan och så vidare och så vidare för att kunna kartlägga hela historien, säger Karl Gebhardt.

Det är omöjligt att undersöka hela stjärnhimlen. Istället riktar Hetdex in sig på en bit som är ungefär lika stor som Karlavagnen, och studerar galaxer på olika avstånd där.

– Området ligger också vid Karlavagnen. Så jag brukar säga att vi äntligen ska få veta vad den innehåller.

Olika teorier om den mörka energin gör olika antaganden om hur expansionshastigheten har varierat. Karl Gebhardt hoppas kunna utesluta vissa av dem och ge stöd åt andra.

– Enligt den nuvarande teorin borde vi inte hitta så mycket om vi tittar så långt bak i tiden. Men vi vill kolla. Låt oss undersöka en ny epok och se om vi kan hitta en oväntad effekt. Jag tror det är så man lär sig mest, säger han.

Kanske är förklaringen något annat än mörk energi. 

– Våra teorier om gravationen har ju förändrats tidigare. Först kom Newton och beskrev den. Sedan kom Einstein med en bättre teori, och visade att Newton hade fel. Och nu vet vi att Einsteins teori inte heller är komplett. För att förstå universum kanske vi behöver ändra gravitationsteorin igen, säger Karl Gebhardt.

Läs mer: Osynlig materia gäckar forskare 

Läs mer: Lundaprofessorn som upptäckte den mörka materian 

Läs mer: Vera Rubin: Mörka materians moder tvivlade själv mot slutet