Galaksehopen Abell 3827 ligger omtrent midt i bildet. Legg merke til at lyset fra en fjern galakse må gjennom denne galaksekollisjonen, og selve lyset blir bøyd og strukket på grunn av de kraftige gravitasjonsfeltene. Du ser noe av lyset som en avlang banan til høyre. (Foto: ESO)
Galaksehopen Abell 3827 ligger omtrent midt i bildet. Legg merke til at lyset fra en fjern galakse må gjennom denne galaksekollisjonen, og selve lyset blir bøyd og strukket på grunn av de kraftige gravitasjonsfeltene. Du ser noe av lyset som en avlang banan til høyre. (Foto: ESO)

Mørk materie blir kanskje påvirket av annen mørk materie

– Dette er ikke slik vi har trodd at mørk materie oppfører seg, sier norsk fysiker.

Publisert

Mørk materie

Mørk materie er en betegnelse innen astrofysikk for materie som ikke gir fra seg, eller reflekterer, nok elektromagnetisk stråling til å kunne oppdages direkte.

I hovedsak refererer betegnelsen mørk materie til den hittil ikke identifiserte materiekomponenten som utgjør mesteparten av massen i universet.

Tilstedeværelsen av materien kan utledes av dens gravitasjonelle effekt på synlig materie og på lys.

(Kilde: Wikipedia)

Mørk materie er en av de største gåtene i moderne fysikk. Store deler av hele universets masse må være mørk materie, men denne unnvikende og mystiske substansen kan ikke sees i et teleskop.

Den hverken absorberer eller sender ut lys. Mørk materie avslører seg heller ikke med noen annen kjent form for stråling. Så vidt forskerne vet, påvirker den mørke materien bare gjennom tyngdekraften.

Holder galaksene sammen

Men mørk materie, eller noe lignende, må eksistere. Tidligere beregninger har vist at roterende galakser som vår egen, ikke kan holde seg samlet kun ved hjelp av tyngdekraft fra observerbare stjerner og andre objekter. Hvis det ikke hadde vært for den mørke materien som omgir og gjennomsyrer galaksene, hadde de rett og slett blitt revet fra hverandre.

Nå har en internasjonal forskergruppe beskrevet en mulig ny egenskap hos mørk materie – noe som ikke har blitt observert før. Forskerne argumenterer for at mørk materie kan påvirke og vekselvirke med annen mørk materie.

– Hvis dette stemmer, betyr det at mørk materie har andre egenskaper enn det som har blitt antatt, sier Are Raklev til forskning.no. Han er professor ved Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo. Raklev har ikke selv deltatt i den nye studien.

– Vi har tidligere trodd at mørk materie bare holder på med sitt, unntatt tyngdekraftpåvirkning. Hvis den mørke materien blir bremset ned i denne kollisjonen, kan det kanskje vise en ny type fysikk i det skjulte universet rundt oss, sier Richard Massey i en pressemelding. Han er astronom ved Durham University og én av forskerne bak den nye studien.

Lys og tyngdekraft

Men hvis dette mystiske og usynlige stoffet ikke kan sees, hvordan kan de se nye effekter?

Forskerne har undersøkt teleskopbilder av fire forskjellige galakser som kolliderer med hverandre. Kollisjonen skjedde i galaksehopen Abell 3827, hele 1,4 milliarder lysår unna jorden. Bildene er tatt av Hubble og Very Large Telescope i Chile.

Kollisjonen skjedde foran andre galakser som ligger enda mye lengre unna, og som ikke har noe med selve kollisjonen å gjøre. Men lyset fra disse fjerne objektene må gjennom de fire, tette galaksene for å nå fram til våre teleskoplinser.

Dette lyset er nøkkelen til å kunne oppdage den mørke materien. Ansamlingen av fire galakser er ekstremt massivt, og det fjerne lyset blir vridd og bøyd mens det går gjennom gravitasjonsfeltene. Du kan tydelig se hvordan noe av lyset fra de fjerne galaksene er bøyd som en banan til høyre for de kolliderende galaksene i bildet over.

Dette kalles en gravitasjonslinse, og det bøyde lyset kan avsløre hvordan massen er spredd mellom disse galaksene. En massiv flekk med mørk materie vil dukke opp på grunn av lysforstyrrelsene.

Videoen under viser hvordan en gravitasjonslinse fungerer.


Etterslep

Etter å ha analysert gravitasjonslinsen tror forskerne at en av galaksene sleper et stort felt med mørk materie etter seg.

– Forskerne tolker dette som at denne flekken har blitt påvirket av annen mørk materie fra en av de andre galaksene. Dette har ført til en nedbremsing av den mørke materien, som ikke påvirker resten av de synlige stjernene og objektene i galaksen, sier Raklev.

Slik tror forskerne at den mørke materien fordeler seg i dette systemet, basert på hvordan lyset vrir og vendes. Den nedbremsede flekken er til venstre i bilde.  (Foto: ESO)
Slik tror forskerne at den mørke materien fordeler seg i dette systemet, basert på hvordan lyset vrir og vendes. Den nedbremsede flekken er til venstre i bilde. (Foto: ESO)

Akkurat hvordan denne nedbremsingen skjer, er det ingen som er sikre på. Forskerne mener bare at det ikke er tyngdekraft som forårsaker det.

Den nye studien argumenterer for at mørk materie kan være en relativt stor partikkel i forhold til sin egen masse. Hvis det er slikt, vil det være høyere sannsynlighet for at mørk materie-partikler kan kollidere og dermed påvirke hverandre.

– For å forklare denne effekten trengs det ny fysikk, sier Raklev.

– Dette er langt forbi standardmodellen og fysikken slik vi kjenner den i dag. Ingen av de vanlige forklaringene kan si noe om denne effekten, sier han.

Raklev sier også at vi ennå ikke kan være sikre på hva denne effekten faktisk er for noe.

– Den må observeres flere ganger før vi kan vite dette mer sikkert. Det kan være en alternativ forklaring, eller det kan være en eller annen feilkilde.

– Forskerne ser også denne effekten på bare én av de fire galaksene.

Forskerne bak studien understreker også at det trengs flere observasjoner og datasimuleringer før vi kan vite mer om hva dette faktisk er for noe.

Mørk framtid?

Det har blitt viktig å finne bevis for om mørk materie faktisk eksisterer.

Jakten er godt i gang, blant annet ved partikkelakseleratoren Large Undergorund Xenon i USA. Denne maskinen er veldig sensitiv, og prøver å finne mørk materie-partikler som krasjer inn i annen materie på vei gjennom jorden.

Det er også flere teorier om hva mørk materie egentlig er. Noen forskere har spekulert i om mørk materie kanskje kan bestå av den eksotiske partikler som sterile nøytrinoer.

Mørk materie er også noe som LHC ved CERN i Sveits skal lete etter. Den enorme partikkelakselleratoren starter opp igjen i disse dager. 

Referanse:

Richard Massey mfl: The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies in the 10 kpc core of Abell 3827. MNRAS, april 2015, doi: 10.1093/mnras/stv467.