Langt de fleste af masserne i vores univers er usynlige. Og i ganske lang tid har fysikere forsøgt at forstå, hvad denne undvigende masse er. Hvis den består af partikler, er håbet, at Large Hadron Collider kan producere en mørk stofpartikel, eller rumteleskopet vil se den veltalende gammastrålesignatur fra en mørk materiekollision. Indtil videre er der intet. Og dette problem får teoretiske fysikere til at overveje nye ideer.
I 2017 kiggede den anerkendte teoretiske fysiker Lisa Randall et kig på en af de mest utrolige muligheder for mørk stof. Hypotetisk, selvfølgelig. I stedet for at behandle mørkt stof som en bestemt type partikel, antog hun, at mørkt stof kunne bestå af en hel familie af partikler, der udgør mørke stjerner, mørke galakser, mørke planeter og muligvis mørkt liv. Kemien i det mørke univers kunne være lige så rig og varieret som vores egen "almindelige kemi."
Men det er ikke så enkelt.
Problem med mørk materie
Vores univers er et fantastisk, omend uforståeligt sted.
I løbet af de sidste par årtier er vi klar over, at 84,5% af sagen i universet ikke kan ses. I betragtning af det temmelig akavede kaldenavn "mørk materie" er dette stof i en tilstand, hvor det ikke interagerer med "normal" stof. Som mørk energi er disse ting "mørke", fordi vi ikke forstår dem.
Hvis der er et stykke mørkt stof på mit skrivebord nu, vil jeg aldrig vide noget om det. Et stykke mørkt stof generelt kan som sådan ikke ligge på mit skrivebord. Det vil falde gennem bordet, og gulvet og jordskorpen skynder sig ind i tyngdekraften ved kernen af vores planet. Eller det forsvinder ud i rummet på en uforståelig måde. Mørkt stof interagerer så svagt med noget, at dette stykke simpelthen falder gennem almindeligt stof, som om det ikke findes.
Salgsfremmende video:
I lille målestok er gravitations manifestationen af mørkt stof ubetydelig, men i kosmologiske afstande føles tilstedeværelsen af mørkt stof definitivt - det kan observeres indirekte af dets gravitationseffekt på galakse klynger og dets virkning på galakernes rotation. Vi ved, at det eksisterer, vi ser det bare ikke.
Og vi ved ikke, hvad det er. Vi kan kun gætte.
Almindeligt stof - alias baryonisk stof - interagerer gennem elektromagnetiske, tyngdekraften, stærke og svage kræfter. Disse kræfter overfører energi og giver struktur til al materie. Mørk stof ses derimod normalt som en amorf sky af "stof", der ikke kan interagere gennem elektromagnetiske, svage eller stærke kræfter. Derfor antages mørke stoffer at være "ikke-baryonisk". Ikke-baryonisk stof kan afsløre dens tilstedeværelse kun på tyngdekraften.
Den førende kandidat i søgen efter mørk stof er WIMP, en svagt interagerende massiv partikel. Som navnet på WIMP antyder, interagerer denne hypotetiske partikel ikke med normalt stof - så det er ikke baryonisk.
Etablerede kosmologiske modeller forudsiger, at mørk stof - det være sig i form af WIMP'er eller "aksioner", siger - giver vores univers struktur og kaldes normalt simplistisk "limet", der holder vores univers som helhed.
Iagttagelse af galaksenes rotation bemærkede astronomen Vera Rubin, at det meste af stoffet i galakser ikke kan observeres. Kun en lille procentdel er synlige - stjerner, gas og støv; resten gemmer sig i en enorm, men usynlig glorie af mørk stof. Det er som om vores synlige galakse af almindelig stof bare er en hætte på et enormt hjul af mørkt stof, der strækker sig langt ud over, hvad vi kan se.
I et for nylig offentliggjort papir (2013) præsenterede Randall og hendes kolleger en mere kompleks form for mørk stof. Ifølge dem består den mørke materiehalo i vores galakse ikke kun af en type amorf masse af ikke-baryonisk stof.
”Det synes meget underligt at antage, at al mørk stof er sammensat af kun en type partikel,” skriver Randall. "En uvildig videnskabsmand bør ikke tillade, at mørk stof er så forskelligartet som vores normale stof."
Et rig "skyggeunivers"?
Ligesom vores synlige univers styres af fysikens standardmodel - en velafprøvet familie af partikler (inklusive den berygtede Higgs boson) og kræfter, kunne en rig og varieret model med mørke stofpartikler og kræfter fungere i en mørk galaktisk glorie?
Denne forskning følger logikken med at antage en rig række ukendte fysikker i universets mørke sektor - lad os kalde det”skyggeunivers” - der løber parallelt med vores egne og har alle de kompleksiteter, som vores synlige univers har at byde på.
Astrofysikere har tidligere antydet, at "mørke stjerner" - stjerner lavet af mørkt stof - kan eksistere i vores gamle univers indtil i dag. I så fald argumenterer Randall, måske "mørke planeter" kan dannes. Og hvis der er en familie med partikler med mørkt stof kontrolleret af kræfter, der er indsat i den mørke sektor, kan dette føre til kompleks kemi? Og til livet?
Men hvis "mørkt" eller "skygge" liv eksisterer parallelt med vores univers, kan du glemme, at vi kan registrere det.
Skyggeliv vil forblive i skyggerne
Det virker fristende at bruge denne hypotese til at forklare alle de daglige mysterier eller endda paranormale påstande om, at videnskab ikke kan bestride eller støtte. Hvad hvis "spøgelser" eller uforklarlige "lys i himlen" er antik fra mørke væsener der lever bagpå alting?
Selvom denne logik ville være god til et tv-show eller en film, ville disse mørke væsener leve i et skyggefuldt univers, der er fuldstændig uforenelig med almindelig stof. Deres partikler og kræfter ville ikke have nogen effekt i vores univers. Du kunne læse disse linjer, der sad på en trestubbe i en mørk skov, og du ville aldrig vide noget om det.
Men da vi sameksisterer med dette skyggeunivers i samme rumtid - ingen ekstra dimensioner eller multiverse - kan kun et signal overføres.
Gravitationsbølger blev kun opdaget i 2016, og den første detektering af disse krusninger i rumtiden var forårsaget af kollisionen af sorte huller. Det ser ud til, at gravitationsbølger kan detekteres i den mørke sektor, men kun de mest kraftfulde kosmiske begivenheder i den mørke sektor kan detekteres ved vores ende af tråden.
Alt i alt vil vi næsten helt sikkert aldrig bevise eksistensen af søde mørke stofskabninger, men Randall gør et punkt. Når vi tænker på kilden til mørk stof, skal vi se ud over vores fordomme; den mørke sektor kan være en kompleks familie af mørke stofpartikler og kræfter, der er ud over, hvad vi kan forestille os.
Ilya Khel