Nøytrinoane er dei lettaste av alle kjende elementærpartiklar, og blir ofte kalla spøkelsespartiklar. Dei er ikkje farlege, men går tvers igjennom anna materie. Inntil for eit år sidan trudde mange at nøytrinoane var utan masse, men observasjonar av nøytrinoar frå Sola har avslørt at dette ikkje kan stemme.

Utrekningane til Elgarøy forsøker å finne massen til desse partiklane. Resultatet så langt viser at nøytrinoane ikkje kan stå for meir enn 20 prosent av den ukjente, mørke materien i verdsrommet.

Dei er over alt

Berre gjennom ein kvadratcentimeter av ein menneskekropp passerer det 67 milliardar nøytrinoar frå Sola per sekund - utan å etterlate spor. I tillegg kjem nøytrinoar frå andre stjerner i verdsrommet. Dei passerer rett gjennom Jorda, og kunne lett reist tvers gjennom eit lysår med bly.

- Vi veit at det skal være ein konstant bakgrunn av nøytrinoar som omgir oss, omtrent 112 nøytrinoar i kvar kubikkcentimeter, seier den norske forskaren. Saman med dr. Ofer Lahav har han rekna seg fram til vekta på ein nøytrino.

- Vi har ikkje bestemt den eksakte massen, men har funne ei øvre grense. Vi veit at nøytrinoane ikkje kan vege meir enn ein milliarddel av eit hydrogenatom, seier han.

Forskar i Cambridge

Begge forskarane høyrer til ved Institute of Astronomy ved University of Cambridge. Elgarøy er der på eit postdoktorstipend frå Noregs Forskningsråd, og doktorgraden har han i kjernefysikk frå Universitetet i Oslo.

Forskarane meiner at nøytrinoane kan veksle mellom tre ulike typar, og at dei har masse - om enn på ein utenkeleg liten skala. Fordi ein reknar med at dei har masse, har desse partiklane blitt stilt opp som gode kandidatar til å vere bestanddelar av den uforklarte mørke materien.

220 000 galaksar kartlagt

Elgarøy og Lahav bruker eit tredimensjonalt kart over Universet for å rekne seg fram til nøytrinovekta. Astronomar har arbeidd lenge med å kartlegge fordelinga av den lysande massen i Universet. Ved hjelp av eit stort teleskop i New South Wales i Australia, har ei gruppe britiske og australske forskarar kartlagt 220 000 galaksar.

Resultatet er verdas største tredimensjonale kartlegging over galaksar så langt. Prosjektet heiter 2dF Galaxy Redshift Survey, og er nettopp avslutta. Men analysene står igjen, og utrekninga av vekta til nøytrinoane er ei av dei.

- Vi brukte eit detaljert kart over fordelinga av galaksane i Universet, og samanlikna dette med modellar for korleis eit univers ville sjå ut med forskjellige nøytrinomasser, forklarer Elgarøy.

Superlett

Dersom nøytrinomassen blei for stor, var ikkje modelluniverset til å kjenne att samanlikna med det tredimensjonale kartet frå Australia.

Konklusjonen er at nøytrinoane må ha ei masse som er mindre enn ein milliarddel av massen til eit hydrogenatom. Dermed kunne forskarane også konkludere med at nøytrinoane står for mindre enn 20 prosent av den mørke materien i Universet, og at resten må vere i ei eller anna ukjend form.

Den mystiske mørke materien

Det har lenge vore kjent at Universet er sett saman av mykje meir enn det vi er i stand til å sjå med auget. Faktisk kjenner vi berre til ein liten del av all materien i verdsrommet.

Dei synlege delane av universet utgjer berre ein brøkdel av den totale massen. Sjølv om vi tek med alle stjerner, planetar, gass, støv og døde stjerner, har vi ikkje meir enn rundt ti prosent av all stoffmengda som eksisterer der ute. Det er tyngdekreftene som avslører massen vi ikkje ser. Sjølv om materien ikkje er synleg, skaper den tyngdekraft som påverkar den materien vi faktisk kan sjå.

- Det er litt flaut at ingen av oss vet nøyaktig kva denne mørke materien er, seier Elgarøy.

Veit at vi ikkje veit

Nøytrinoet var ein av dei mest naturlege kandidatane. Men etter utrekningane til Elgarøy og Lahav er det klart at desse partiklane ikkje kan stå for all den skjulte massen i Universet åleine. Det må være noko meir som utgjer den mørke materien.

- Forskingsmessig betyr resultata våre at vi veit litt meir om massen til nøytrinoet. Samtidig er vi blitt enda sikrare enn før på at vi ikkje veit kva mørk materie er, konstaterer Elgarøy.

Nøytrinoane jamnar ut universklumpar

Ei av dei viktigaste utfordingane i kosmologien er å forstå korleis strukturane i universet blei danna, og den minste eininga kosmologane ser på er galaksar. Ikkje at dei er små samanlikna med vår lille klode, men i det store perspektivet er dette dei minste delane.

Galaksane har ein tendens til å klumpe seg saman i galaksehopar, som igjen kan danne superhopar. Forskarane trur det er gravitasjonen som driv strukturdanninga, sidan det er den einaste krafta som verkar over store avstandar.

Ein meiner at massen til nøytrinoane påverkar veksten av klumpar som utviklar seg i dei store strukturane i Universet i dag. Sidan partiklane er svært lette, rører dei seg med nesten same fart som lyset over store område, og er med på å glatte ut klumpane i materien.

- I starten, når Universet var veldig ungt, var det bare ei suppe av partiklar. Men den var ikkje heilt jamn; nokre stader var den tettare enn andre. På grunn av gravitasjonen, trakk dei tettaste stadene til seg masse, og vaks. Gravitasjonen får klumpar til å danne seg større, forklarer Elgarøy.

Men kor lett massen har for å danne klumpa heng mellom anna saman med kvor fort partiklene rører seg. Nøytrinoane rører seg svært fort. Dersom ein stor del av massen i Universet var nøytrinoar, vill det blitt vanskeleg å få danna de store strukturane vi ser i Universet i dag.

Institute of Astronomy i Cambridge