Mørk energi som kameleon

Astronomene tror mørk energi gjennomsyrer alt rom, men får ikke observert den. Det kan være fordi partiklene oppfører seg som kameleoner. Nye observasjoner styrker kameleonteorien.

Publisert
"Teoretisk sett skulle massen til galaksene senket farten på universets utvidelse. Så hvorfor går det fortere? (Foto: Gemini Observatory)"
"Teoretisk sett skulle massen til galaksene senket farten på universets utvidelse. Så hvorfor går det fortere? (Foto: Gemini Observatory)"

Dersom tyngdekraften virket på samme måte i verdensrommet som på jorden, ville universet i dag utvidet seg saktere enn det gjorde rett etter Big Bang. Men alle målinger viser at universet nå utvider seg raskere.

Forklaringen man jobber med, er at kraften som forårsaker denne akselerasjonen er mørk energi.

Akkurat hva denne energien er, strides de lærde om.

Det finnes flere teorier, men nå har forskerne kanskje kommet litt nærmere å bevise én av disse teoriene, nemlig teorien om mørk energi som et kameleonfelt.

Manglende fotoner viser mørk energi

Et team med forskere fra Queen Mary University i London, med dr. Douglas Shaw i spissen, har presentert et forsøk i Physical Review Letters, der de har sammenlignet lyset fra sentrene til 77 aktive galakser.

Ved hjelp av disse sammenligningene, har de funnet det de kaller ”gode beviser” for at en del lysfotoner har blitt borte på veien til jorden.

Om det viser seg å stemme, kan det bety at kameleonfeltet finnes, og dermed at man har observert mørk energi direkte.

Men: hvordan kan manglende fotoner, i praksis mindre lys, være et bevis på mørk energi?

Kameleonen endrer vekt etter miljøet

I teorien om at mørk energi er et kameleonfelt, forklares kraften som et kraftfelt bestående av partikler.

Ethvert kraftfelt, som for eksempel det magnetiske, består av slike partikler, men det spesielle med et kameleonfelt er at partiklene knyttet til feltet forandrer massen etter hvor de befinner seg.

Partiklene er altså kameleoner.

I praksis vil det si at om dette mørk energi-feltet finnes, så vil det ha partikler knyttet til seg som har visse egenskaper i vårt solsystem, men helt andre et annet sted.

Grunnen til at det må være slik, er at vi ikke har oppdaget kraften her i solsystemet.

Stor masse er lik liten kraft

"Professor Øystein Elgarøy."
"Professor Øystein Elgarøy."

- Fordi vi ikke klarer å måle kraften, har man kommet opp med ideen om kameleonfelter og kameleonpartikler, forteller Øystein Elgarøy.

Han er astrofysiker ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitet i Oslo, og jobber med problemene rundt mørk energi til daglig.

- En slik kameleonpartikkel vil ha høy masse der tettheten i omgivelsene er høy. Og om partiklene har høy masse, så vil kreftene de setter opp ikke ha særlig virkning her.

For at en kraft skal ha noen påvirkningsmulighet utenfor mikrokosmos, må den ha lang rekkevidde. Rekkevidden er bestemt av bølgelengden til de tilhørende partiklene. Og hvis bølgelengden til partiklene er stor, er massen deres liten. De to størrelsene er altså omvendt proporsjonale.

- Men når vi snakker om universet på stor skala, der den gjennomsnittlige tettheten er svært lav i forhold til i solsystemet, vil en kameleonpartikkel kunne ha en effekt, forklarer Elgarøy.

Stor kraft i det tomme rom

Sett at du har en kameleonpartikkel her på jorden, og en langt ute mellom galaksene et sted.

På jorden vil denne partikkelen, som får større masse dess større tetthet det er rundt den, ha stor masse. Dermed vil den også ha kort bølgelengde, og liten påvirkningskraft. Faktisk så liten at fysikerne ikke engang klarer å oppdage den.

Men mellom galaksene, i tomrommet, vil tettheten rundt den være forsvinnende liten. Da vil også massen til partikkelen være ørliten, og bølgelengden blir dermed enorm.

Og om det er tilfellet, da kan kraften fra feltet bestående av kameleonpartikler vise seg å være kraften som akselerer universets utvidelse – selv uten at den kan oppdages her hjemme.

Voilà: den kraften er mørk energi.

Ble borte på veien

Lakmustesten for en slik teori, om det er den riktige for å forklare universets akselerasjon, vil være å kunne observere en kameleonpartikkel. Det vil igjen bety at kameleonfeltet er der.

"Lyset fra galakser som denne, ved navn NGC 1700, kan vise oss en mulig forklaring på hva mørk energi faktisk er. (Foto: Thomas S. Statler og Brian R. McNamara / Wikimedia Commons)"
"Lyset fra galakser som denne, ved navn NGC 1700, kan vise oss en mulig forklaring på hva mørk energi faktisk er. (Foto: Thomas S. Statler og Brian R. McNamara / Wikimedia Commons)"

- Disse kameleonpartiklene kan vekselvirke med elektromagnetiske felter – når partikkelen passerer gjennom feltene kan den bli omgjort til et foton, og et foton kan gjøres om til en kameleon, forteller Elgarøy.

- En mulighet man har da, er om man ser på lyset fra objekter som er langt ute i universet. I det lyset, om det beveger seg gjennom magnetiske felter på vei til oss, kan noen av fotonene bli til kameleonpartikler.

Kameleonpartikler kan man ikke måle i teleskoper, så resultatet vil da i så fall bli at man observerer mindre lys i teleskopet enn det ville vært dersom det ikke fantes noen kameleonpartikler.

- Fotoner blir borte på veien fordi de blir til kameleoner. Så om man kan vite hvor mange fotoner man ville sett dersom det ikke fantes kameleonpartikler, og hvor mange man faktisk ser, kan det vise om kameleoner finnes eller ikke, forklarer Elgarøy.

Altså:

Forskerne fra London har sannsynligvis sett færre fotoner nå jorden enn det man skulle forvente. Det kan bety at en del av disse fotonene har blitt gjort om til kameleonpartikler. Og det kan igjen bety at kameleonpartikler finnes, og at kameleonfeltet derfor er riktig teori for mørk energi.

Usikkert hvor mange fotoner som skulle vært der

Men Elgarøy forklarer at det er to viktige usikkerhetsmomenter ved dette eksperimentet:

- For det første er ikke resultatet i seg selv helt vanntett, fordi om du skal si at fotoner har blitt borte, så må du vite hvor mange som burde kommet frem. Akkurat det er de ikke hundre prosent sikre på at de vet.

- I tillegg finnes det andre typer partikler som kan gi den samme effekten som kameleonpartikler kan gi. Derfor kan man heller ikke vite, dersom det var en effekt, at det var kameleonpartiklene som skapte den, forklarer han.

Hvilken teori stemmer?

Og i tillegg til problemene ved dette spesifikke eksperimentet, har du hovedproblemet:

"Det er nok hakket lettere å finne denne karen enn å finne ørsmå partikler i et enormt verdensrom (Foto: Charles Cantin / Wikimedia Commons)"
"Det er nok hakket lettere å finne denne karen enn å finne ørsmå partikler i et enormt verdensrom (Foto: Charles Cantin / Wikimedia Commons)"

Kameleonfeltteorien er noe som er funnet på ene og alene for å forklare mørk energi.

Så i stedet for å si at vi ikke oppdager kraften fordi partiklene er kameleoner, kan man like gjerne si at vi ikke oppdager kraften fordi den rett og slett ikke finnes.

Det finnes flere andre forklaringsmodeller for hvorfor universets utvidelse akselererer, blant annet at det skjer ved hjelp av Einsteins kosmologiske konstant, eller fordi det er noe feil med hvordan vi forstår tyngdekraften.

Kameleonteorien er derfor på ingen måte enden av leksa for astrofysikerne.

- Teorien en god idé som ikke har noen annen motivasjon enn at man ønsker å forklare mørk energi. Den har liten hold i virkeligheten, påpeker Elgarøy.

- Det virker som at dere famler litt i blinde på hele dette feltet?

- Ja, og det er jo slik forskning ofte er. Vi må bare jobber hardere for å få flere observasjoner og luke ut så mange modeller som mulig, avslutter han.

Referanse:

Dark-energy particle spotted? Nature News

Lenker:

Universet: Mørk energi (faktaside fra UiO)