Ingen grunn til panikk, men du kan i dette øyeblikk være omgitt av det mystiske, usynlige stoffet som over 90 prosent av universet er vevet av – den mørke materien.

Tidligere har forskerne mistenkt at det var slik, men nå vet de det mye sikrere. Nye observasjoner viser at vårt galaktiske nabolag kan være fylt opp med stoffet ingen ennå vet sikkert hva er.

– Tidligere brukte forskerne teoretiske simuleringer for å beregne hvordan den mørke materien er fordelt. Nå har forskerne frigjort seg fra simuleringene, og sett på hva ganske ferske data viser oss, sier Håkon Dahle, forsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo.

– Det som overrasker og imponerer meg, er at resultatene faktisk stemmer med simuleringene. Pussig nok viser resultatene at den vanlige, synlige materien ikke har noe særlig å si for hvordan den mørke materien er fordelt, fortsetter Dahle.

Så hvordan kan da astronomene i det hele tatt vite at det er mørk materie i Melkeveien?

Roterende mysterium

Selv om astronomene ikke kan se den mørke materien, kan de se virkningene av den. En slik virkning er at de ytre delene av galakser snurrer alt for fort rundt.

Galakser, som vår egen Melkevei, består av flere hundre milliarder stjerner, og enorme skyer av støv og gass. Alt dette kretser rundt sentrum av galaksen, slik planetene kretser rundt sola. Det er tyngdekreftene som holder alt på plass i banen, slik at det ikke slynges ut i alle retninger av sentrifugalkraften.

Jo nærmere en planet er sola si, desto sterkere virker tyngdekraften fra sola. Derfor må den kretse fortere rundt for at sentrifugalkraften fortsatt skal oppveie tyngdekraften.

Lille solsvidde Merkur, den innerste planeten i solsystemet vårt, raser rundt sola mange ganger fortere enn gustenbleke Neptun, gasskjempen langt ute mot det evige mørke.

Slik burde det også vært for galaksene. De innerste stjernene burde kretset mye fortere rundt galaksens sentrum enn de ytterste. Men slik er det ikke. De ytterste har altfor høy fart til at det kan forklares med hvordan tyngdekreftene virker.

Usynlig – men med tyngdekraft

Dette mysteriet var en av opprinnelsene til idéen om mørk materie. Mysteriet med de roterende galaksene, og andre lignende mysterier, kunne forklares med tyngdekrefter fra en type materie som ingen ennå har kunnet påvise direkte. Derfor kalles den fortsatt mørk materie, og er fortsatt også bare en idé, en hypotese.

Forskerne har to hypoteser om hva mørk materie kan være. En hypotese sier at den er vanlig stoff, altså vanlige atomer, men samlet i mørke himmelkropper langt ute i galaksens halo. Men jo mer astronomene leter, desto færre spor finner de av slike kropper.

Alternativet  er en jungel  av underlige partikkelfysiske dyr som ingen ennå har sett, men som noen teorier forutsier. Dette er ikke vanlig stoff, slik vi kjenner det. Likevel finnes det kanskje  –  til og med rundt oss i dette sekund. I alle fall hvis den nye studien av vår egen Melkevei er riktig.

Fargeskifte avslører fart

Fram til nå har det vært vanskelig å finne fordelingen av mørk materie i vår egen galakse. Underlig som det kan høres, er det lettere å se hvordan andre galakser roterer. Når sola og jorda er inne i en av spiralarmene til vår Melkevei, blir det vanskeligere å få den store oversikten.

– Vi beveger oss med galaksen, og det gjør det mer komplisert. Vi kan ikke bare se på solas bevegelse i forhold til én eller to stjerner nær oss. Vi må kartlegge vår egen bevegelse i forhold til mange stjerner for å finne ut hvordan resten av Melkeveien beveger seg, sier Dahle.

Nå har en internasjonal forskergruppe med forgreninger til Stockholms universitet samlet opplysninger om rotasjonen i vår galakse fra flere kilder.

Astronomene har sett på lyset fra stjerner og gasskyer av hydrogen og andre lette stoffer. De har også sett på korte radiobølger som tyngre organiske molekyler og vannmolekyler sender fra seg.

Når disse lyskildene og de kosmiske radiosenderne beveger seg, vil lyset skifte farge og radiobølgelengden endre seg. Bølgelengdene vil bli kortere eller lengre, fargen vil bli blåere eller rødere.

Effekten er omtrent som når tonehøyden fra en sykebilsirene blir lysere når bilen kommer mot deg, og dypere når den fjerner seg. Dette kalles dopplereffekten.

Vi er omgitt av mørk materie

Med dopplereffekten som målestokk kan forskerne beregne hastighetene til stjerner, gass og støv. Det har de nå klart bedre enn noensinne, også for vår egen Melkevei. Og hva finner de?

Også Melkeveien roterer raskere enn den burde, ut fra den synlige, kjente materien den inneholder.

– Sammenligningen av rotasjonskurven til Melkeveien (..) peker sterkt mot eksistensen av et bidrag til galaksens gravitasjonspotensial fra en usett, diffus komponent.

– Det statistiske beviset er svært sterkt allerede ved små galaktosentriske radier, skriver forskerne i det snirklete fagspråket som høver seg i en artikkel i et prestisjetungt fagtidsskrift som Nature Physics.

Med andre ord: Vi er trolig omgitt av mørk materie.  Og i framtida kan forskerne kanskje finne klumper av slik materie, også i vårt nabolag.

– Mye spennende forskning vil komme ut fra resultatene fra den euorpeiske romsonden GAIA, sier Dahle.

– Den skal kartlegge bevegelsene til rundt en milliard stjerner i Melkeveien. Da kan vi trolig få et enda mer detaljert bilde av hvordan den mørke materien fordeler seg, også et bilde av lokale fortetninger, sier han.

Referanse:

Fabio Iocco, Miguel Pato og Gianfranco Bertone:  Evidence for dark matter in the inner MilkyWay, Nature Physics, 9.2.2015, doi:10.1038/nphys3237

Sammendrag