IS - OBSERVATORIET

Hvorfor borer forskere sig ned i Sydpolen på jagt efter mørk materie?

+Icecube Neutrino Observatoryer findes 1,5-2,5 kilometer under Antarktis-isen på et 1 kvadratkilometer stort område. Der er 5.100 fodboldstore teleskoper indlejret i isen. Teleskoperne er indstillet til at registrere højenergi-neutrinoer. Forskere valgte disse ekstreme forhold, fordi de giver den bedste chance for at opdage neutrinoer. Fordi detektorerne er dybt begravet i isen, er der ringe risiko for, at andre partikler vil “snavse” resultaterne. I november 2013 opdagede Icecube 28 neutrinoer fra rummet. Disse partikler opfører sig anderledes end dem, der findes andre steder på Jorden og kan bevise , at mørk materie kan være til stede i stjernerne.

Astronomen Sinclair Smith fandt bevis på mørk materie i 1936. Desværre døde han to år senere, kun 39 år, og hans arbejde er mindre kendt end Zwickys.

materie-partikler kendt som WIMP’S (Weakly Interacting Massive Particles). Disse svagt vekselvirkende, massive partikler er i øjeblikket mange forskeres favoritforklaring på, hvad mørkt stof er, og hvis teorien er korrekt, passerer de gennem jorden hele tiden.

Disse partikler er antisociale - WIMP’S nedlader sig sjældent til at interagere med det normale stof i over 100 galakser.

HØJ INDSATS

Eftersom de håbede at fange disse partikler, installerede Mckinsey og hans team en tank med flydende xenon, afkølet til -100 ° C i en hule minen. Detektorer, som kan registrere eventuelle lysglimt, omslutter væsken.

“Hvis en WIMP kolliderer med et af vores xenonatomer, vil atomet gå gennem væsken og stimulere andre, hvilket får dem til at være selvlysende”, siger Mckinsey.

Det første Lux-resultat kom i oktober 2014, men det kunne ikke give sikker dokumentation for Wimp-interaktioner. Men bestræbelserne fortsætter - og indsatsen er høj.

“At finde mørkt stof ville være fantastisk,” sagde Mckinsey. “De fleste fysikere er enige om, at det ville være større end opdagelsen af Higgspartikel.”

Med en sådan mulig belønning er Mckinseys hold ikke det eneste på udkig efter mørkt stof uventede steder - forskerne søger virkelig i jordens udkantsområder. Icecube er således et eksperiment udført 2,5 kilometer under den tykke Antarktis-is. “Det er så koldt, at konstruktion og montage kun kan finde sted fra november til januar hvert år,” siger professor Subir Sarkar fra Niels Bohr Institut i København. Heldigvis kan anlægget betjenes eksternt nu, hvor det er bygget. Sarkar og hans kolleger jager partikler kaldet neutrinoer, som de tror er skabt af WIMPS inde i solen. “Solen har støvsuget alt op i fem milliarder år,” siger Sarkar. Hvis to WIMP’S mødes i solen, vil de blive ødelagt og skabe en kaskade af partikler, herunder neutrinoer. Ikke desto mindre vil kun neutrinoer lykkes med at komme ud af solen uden at blive gen-absorberet. Solen skaber neutrinoer på andre måder - men - vigtigere - de, der er skabt ved mørk materie,

Før WIMP’S var det MACHO’S.

Forskere troede, at disse Massive Compact Halo Objects bestod af himmellegemer som sorte huller, hvilket kunne forklare den ekstra tyngdekraft, der findes i nogle galakser.

”AT FINDE MØRK MATERIE VIL VÆRE STORT, STØRRE END OPDAGELSEN AF HIGGS- PARTIKLEN.” Professor Daniel Mckinsey YALE UNIVERSITY

er mere kraftfulde og derfor lette at identificere. ( Se Rummet, side 13).

Forsøg på at finde beviser på WIMP’S udføres ikke bare på jorden - et eksperiment finder sted næsten 400 kilometer over vores hoveder. I 2011 blev det 1.5 milliarder-dollar dyre Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) sendt til den internationale rumstation ISS. Ligesom med neutrinoer forestiller man sig, at WIMP partikler, der destrueres, danner partikler kaldet positroner, hvilke forskere forventes at finde i store mængder. I april 2013 viste de første resultater fra Ams-02-gruppen en forventet mængde positroner, men man måtte stadig udelukke andre kilder end mørkt stof.

SKJULTE KRÆFTER

Trods alle disse anstrengelser er mørk materie stadig svær at fange – og den er ikke den dominerende bestanddel i universet . Mørk materie menes at udgøre kun 27 procent af universet. Da det almindelige stof tegner sig for fem procent, er spørgsmålet, hvad resten af universet består af. Viden om, at den mørke og den almindelige materie tegner sig for kun en tredjedel af universet, kom så sent som i 1998. To grupper af astronauter brugte eksploderende stjerner, kaldet supernovaer, til at måle, hvor hurtigt universet blev udvidet, med forventning om, at de kunne vise, hvordan udvidelsen aftog og tiltrækningskraften fra galakserne skabte øget modstand. De tog fejl.

Opdagelsen af, at udvidelsen - i modsætning til hvad man troede - faktisk steg, gav Saul Perlmutter, Brian Schmidt og Adam Riess Nobelprisen i fysik i 2011. De indså, at nogle andre, usynlige kræfter måtte udøve modsat gravitation og drive universet med en stigende hastighed. Med henvisning til den forlængst etablerede fætter blev fænomenet kaldt “mørk energi”. Men hvad er det?

“Den enkleste forklaring er relateret til tanken om, at der er energi forbundet med tomt rum,” siger Dr. Jonathan Pearson ved Durham University.

Den mærkelige egenskab er, at tætheden (hvor meget der findes pr.

Almindelig materie kaldes også ”baryonisk”.

Ordet ”baryon” kommer fra det græske ord for ”tungt”.

” DEN ENKLESTE FORKLARING ER, AT DER ER ENERGI FORBUNDET MED ET TOMT RUM.” Dr. Jonathan Pearson DURHAM UNIVERSITETET

arealenhed) i denne energi synes konstant, så det er ofte omtalt som “kosmologisk konstant” (se Geniets Fejltagelser til højre). Når universet udvides og rummet bliver større, vil mængden af denne energi også stige. På et tidligt stadium, da universet var ret kompakt, vandt tyngdekraften over fænomenet “kosmologisk konstant”. Men som universet udvidede sig, startede denne mørke energi med at dominere, og nu trækker den mere og mere i kosmos , på trods af, at tyngdekraften kæmper imod , så godt den kan.

Der er dog et problem. Når astronomer sammenligne den energi, de mener findes, med mængden af energi, der kræves for at drive universet med den observerede hastighed, så adskilles dataene sig med en faktor på 10.120 (det er et 1-tal efterfulgt af 120 nuller).

“Dette har ført til et alternativ, der udfordrer de grundlæggende antagelser i vores hidtil kendte astronomiske kogebog,” siger Pearson.

Nogle, herunder Pearson, foretrækker begrebet “modificeret tyngdekraft”. At hævde, at mørk energi er baseret på antagelsen af, at Einsteins gravitationsregler er sande selv med hensyn til universets største skalaer, er ifølge Pearso, “en fuldstændig uprøvet antagelse.”

Hidtil er mørk materie og mørk energi forblevet et uløst mysterium. Hvad der er nødvendigt for at komme nærmere en opklaring er flere data og flere eksperimenter, der kan fortælle mere om mørk materies og mørk energis egenskaber i mere komplekse sammensætninger.

Langsomt, men sikkert samler forskerne flere og flere og brikker i puslespillet, men 2.000 år efter at de gamle grækere troede, at alt var opbygget af fire elementer, må man sige, at vi bare er kommet en lille smule nærmere forklaringen på, hvad universet består af.