Mörk materia

Mörk materia är en hypotes om en tänkt form av materia som inte avger eller reflekterar elektromagnetisk strålning och därför inte kan observeras på normalt sätt. Mörk materia kan bara indirekt detekteras genom sin gravitationella påverkan på vanlig materia eller genom sin svaga växelverkan med materia. Begreppet mörk materia introducerades som en förklaring till att galaxer roterar mycket fortare än vad de borde göra i förhållande till den mängd synlig materia de innehåller och varför galaxkluster inte rör sig som de borde om bara den synliga materien fanns. Det finns en del observationer som utgör indicier för den mörka materiens existens, men man vet ändå inte vad den består av. Detta är således ett av de stora olösta problemen inom fysiken.

Universums sammansättning enligt en analys av data från WMAP

Mörk materia

Forskare har av mätningar dragit slutsatsen att den totala energin i universum (som enligt E=mc² är samma sak som massa) består av 23 procent mörk materia och endast 5 procent vanlig materia. Resterande 72 procent består av mörk energi.[1] Detta innebär att ca 95 % av den studerade verkligheten antas utgöras av mörk materia och energi. Vad mörk materia består av är fortfarande ett mysterium. De två vanligaste förklaringarna är MACHO:er (Massive Compact Halo Objects) och WIMP:er (Weakly Interacting Massive Particles). MACHO:er tänks vara makroskopiska objekt liknande bruna dvärgar (Jupiter-liknande kroppar utan massa nog att bli stjärnor). WIMP:er tänks vara elementarpartiklar av exotisk materia, med stor massa men med endast svag växelverkan med normal materia förutom den gravitationella växelverkan. Supersymmetriska partiklar är ett exempel på teoretiskt föreslagen exotisk materia. Neutriner var också länge på grund av sitt stora antal en kandidat, som skulle kunna förklara de konstaterade gravitationella effekterna. Tidigare hade de ansetts masslösa men nya rön tydde på att de hade massa om än liten. Man har numera lyckats fastställa gränsen för hur stora de tre olika neutrinernas massa kan vara och det visar sig då att de trots sitt stora antal bara kan ge ett litet bidrag till den mörka materiens sammanlagda massa. Nyligen framlagda experimentella resultat visar även att MACHO:er bara på sin höjd kan förklara en liten del av den mörka materien och WIMP:er är därför det föredragna alternativet.

Det finns även andra alternativ, som ursprungliga svarta hål, gravitinos (hypotetiska supersymmetriska partners till gravitoner), och axioner, som är en annan typ av exotiska partiklar.

Direkta observationer

Galaxhopen MACS J0025.4-1222. Det rosa visar den vanliga materiens fördelning, det blå den mörka materiens.

I augusti 2006 rapporterade forskare som bland annat använt Nasas Chandrateleskop och Hubbleteleskopet att de sett direkta bevis på mörk materia i en kollision av två galaxhopar, där den vanliga materien separerats från den mörka materien. Systemet kallas Bullet Cluster (1E 0657-56). Genom att använda gravitationslinser kunde de se att källan till gravitation i hoparna inte överlappar med den synliga materien, vilket visar att den största delen av massan är i form av mörk materia.[2][3] Ytterligare ett exempel på kolliderande galaxhopar med separerad mörk materia och vanlig materia, MACS J0025.4-1222, hittades 2008.[4]

Alternativa förklaringar

Flera alternativa förklaringar till det som mörk materia försöker förklara har framförts och mötts av varierande, men reserverat intresse av forskarsamfundet.[5] Dessa modeller utgår från att de observerade avvikelserna kan bero på att vi inte helt förstår gravitationens natur. Exempel på sådana modeller är:

Med de mycket exakta mätningar som utförts och med den nya direkta observationen av mörk materia som nämndes ovan anses dock sådana teorier få allt svårare att utgöra fullständiga alternativ till mörk materia.

Se även

Referenser

  1. ^ ”WMAP Reveals Neutrinos, End of Dark Ages, First Second of Universe” (på engelska). NASA. Arkiverad från originalet den 4 december 2008. https://web.archive.org/web/20081204055015/http://www.nasa.gov/topics/universe/features/wmap_five.html. Läst 23 juni 2013. 
  2. ^ Clowe, Douglas, et al. (6 augusti 2006). ”A Direct Empirical Proof of the Existence of Dark Matter”. The Astrophysical Journal "648": ss. L109–L113. doi:10.1086/508162. . http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0608407. 
  3. ^ Pressrelease från Nasa om Bullet Cluster
  4. ^ ”MACS J0025.4-1222: A Clash of Clusters Provides Another Clue to Dark Matter”. Arkiverad från originalet den 13 oktober 2008. https://web.archive.org/web/20081013153006/http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2008/32/fastfacts/. Läst 25 oktober 2008. 
  5. ^ Karlsson, Å.; "Behövs verkligen mörk materia?", Populär Astronomi, 2009, nr 3, 30–33
  6. ^ Mordehai Milgrom; Do Modified Newtonian Dynamics Follow from the Cold Dark Matter Paradigm?, Astrophysical Journal, May 2002
  7. ^ J.D. Bekenstein, Phys. Rev. D70, 083509 (2004), Erratum-ibid. D71, 069901 (2005) arXiv:astro-ph/0403694
  8. ^ J. W. Moffat, "Gravitational Lensing in Modified Gravity and the Lensing of Merging Clusters without Dark Matter"

Externa länkar

Universum
Kosmologi
Partikelkluster i vakuum
Galaxrelaterade artiklar
Stjärnrelaterade artiklar
Stjärnfenomen
Mindre himlakroppar
Rymdfart
Övrigt
Himmel · Himlakropp · Satellit (drabant) · Omloppsbana

Media som används på denna webbplats

Universum tårtdiagram.svg
Universums sammansättning efter fem år av mätningar med WMAP
Galaxy Cluster MACS J0025.4-1222 Hubble.jpg
A powerful collision of galaxy clusters has been captured by NASA's Hubble Space Telescope and Chandra X-ray Observatory. This clash of clusters provides striking evidence for dark matter and insight into its properties.

The observations of the cluster known as MACS J0025.4-1222 indicate that a titanic collision has separated the dark from ordinary matter and provide an independent confirmation of a similar effect detected previously in a target dubbed the Bullet Cluster. These new results show that the Bullet Cluster is not an anomalous case.

MACS J0025 formed after an enormously energetic collision between two large clusters. Using visible-light images from Hubble, the team was able to infer the distribution of the total mass — dark and ordinary matter. Hubble was used to map the dark matter (colored in blue) using a technique known as gravitational lensing. The Chandra data enabled the astronomers to accurately map the position of the ordinary matter, mostly in the form of hot gas, which glows brightly in X-rays (pink).

As the two clusters that formed MACS J0025 (each almost a whopping quadrillion times the mass of the Sun) merged at speeds of millions of miles per hour, the hot gas in the two clusters collided and slowed down, but the dark matter passed right through the smashup. The separation between the material shown in pink and blue therefore provides observational evidence for dark matter and supports the view that dark-matter particles interact with each other only very weakly or not at all, apart from the pull of gravity.

The international team of astronomers in this study was led by Marusa Bradac of the University of California, Santa Barbara, and Steve Allen of the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology at Stanford University and the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Their results will appear in an upcoming issue of The Astrophysical Journal.