SDU forskere præsenterer ny model for hvad mørkt stof kan være

Af Birgitte Svennevig, birs@sdu.dk, 14-03-2016

Mørkt stof findes overalt omkring os. Godt nok har ingen nogensinde set det, og ingen ved, hvad det egentlig er, men uomtvistelige fysiske beregninger fastslår, at ca. 27 pct. af alt stof i universet er mørkt stof.

Kun fem pct. er det stof, som udgør alt det materiale, som vi kan se og registrere: lige fra den mindste myre til den største galakse.

I årtier har forskere forsøgt at påvise dette usynlige mørke stof. Adskillige former for apparater er stillet op på Jorden og i rummet for at indfange de partikler, som mørkt stof formodes at udgøres af, og i eksperimenter har man forsøgt at skabe en mørk partikel ved at kollidere almindelige stofpartikler ved meget høje temperaturer.

Skulle en sådan kollision endelig lykkes, ville man dog ikke kunne direkte se den mørke partikel, der bliver dannet. Den vil straks rejse videre, væk fra detektorerne – men den vil tage noget energi med sig, og det energitab vil blive registreret og indikere, at en mørk partikel har været dannet.

En anden måde at lede på

”Til trods for alle disse initiativer har man endnu ikke detekteret mørkt stof. Måske er det fordi vi har kigget efter mørke partikler på en måde, som aldrig vil kunne afsløre det. Måske har mørkt stof en anden karakter, som vi skal kigge efter på en anden måde,” mener Martin Sloth, lektor ved Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3-Origins), Syddansk Universitet.

Sammen med postdoc McCullen Sandora fra CP³-Origins og postdoc Mathias Garny fra CERN offentliggør han en ny model for, hvad mørkt stof kan være, i tidsskriftet Physical Review Letters.

I årtier har fysikere arbejdet med den teori, at mørkt stof er let, og at det vekselvirker svagt med almindeligt stof, dvs. støder sammen (iflg. denne teori sker sådanne sammenstød ekstremt sjældent, men de sker dog). Denne teoris mørke partikler kaldes weakly-interacting massive particles (WIMPs), og de formodes at være blevet skabt i et ufatteligt stort antal kort efter universets fødsel for 13,7 mia. år siden.

En tungere partikel

Men eftersom ingen eksperimenter har set bare et spor af en WIMP endnu, kunne det være at, at vi skulle lede efter en tungere mørk partikel som kun vekselvirker ved tyngdekraften og dermed vil være umulig at detektere direkte,” mener Martin Sloth.

Sloth og hans kolleger kalder deres bud på en sådan tung partikel en PIDM-partikel (Planckian Interacting Dark Matter).

I deres nye model har de regnet på, hvordan det nødvendige antal PIDM-partikler kunne være blevet skabt i det tidlige univers.

”Ifølge vores model kunne det lade sig gøre, hvis det var ekstremt varmt. Vores model forudsætter, at temperaturerne i det tidlige univers var de højest mulige som Big Bang teorien tillader,” siger Martin Sloth.

Bølger fra universets barndom

Om det er tilfældet eller ej, kan efterprøves, forklarer han videre:

”Hvis universet vitterligt var så varmt, som vores model har beregnet, så ville det have skabt flere såkaldte urgravitationsbølger fra universets meget tidlige barndom. Det kan vi måske få afgjort i nær fremtid.”

Martin Sloth henviser til en række planlagte eksperimenter forskellige steder i verden, der vil kunne detektere signaler fra meget tidlige urgravitationsbølger.

”Hvis eksperimenterne ikke detekterer signaler fra disse urgravitationsbølger, så vil det falsificere vores model. Urgravitationsbølgerne kan altså bruges til at teste modellen,” siger han.

Der er tale om mere end 10 forskellige eksperimenter, som prøver at måle polariseringen af den kosmiske baggrundsstråling, enten fra jorden eller med instrumenter sendt op med luftballon eller satellit for at komme fri af atmosfæriske forstyrrelser.

Mørkt stof og mørk energi

• 27 pct. af universet menes at bestå af mørkt stof. Mørkt stof menes at være den ”lim”, der binder galakserne sammen. Ingen ved, hvad mørkt stof egentlig er.
• 5 pct. af universet består af kendt stof som atomer og subatomare partikler.
• Resten af universet menes at bestå af mørk energi. Mørk energi menes at stå bag universets udvidelse.

Planckian Interacting Massive Particles as Dark Matter. Mathias Garny, McCullen Sandora, and Martin S. Sloth. Phys. Rev. Lett. 116, 101302 – Published 10 March 2016.