Er liv basert på mørk materie mulig?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Det store flertallet av massen i universet vårt er usynlig. Og i ganske lang tid nå har fysikere prøvd å forstå hva denne unnvikende massen er. Hvis den er laget av partikler, er håpet at Large Hadron Collider kan produsere en mørk materiepartikkel, ellers vil romteleskopet se en veltalende gammastrålesignatur av mørk materiekollisjoner. Så langt er det ingenting. Og dette problemet får teoretiske fysikere til å tenke på nye ideer.

I 2017 undersøkte den anerkjente teoretiske fysikeren Lisa Randall en av de mest utrolige mulighetene til mørk materie. Hypotetisk, selvfølgelig. I stedet for å behandle mørk materie som en spesiell type partikkel, antok hun at mørk materie kunne bestå av en hel familie av partikler som utgjør mørke stjerner, mørke galakser, mørke planeter og muligens mørkt liv. Kjemien i det mørke universet kan være like rik og variert som vår egen «vanlige kjemi». Men ikke alt er så enkelt.

Problemet med mørk materie

Universet vårt er et fantastisk, om enn uforståelig sted.

I løpet av de siste tiårene har vi innsett at 84,5 % av materien i universet ikke kan sees. Gitt det ganske vanskelige kallenavnet "mørk materie", er dette stoffet i en tilstand der det ikke samhandler med "normal" materie. Som mørk energi er disse tingene "mørke" fordi vi ikke forstår dem.

Hvis det er et stykke mørk materie på skrivebordet mitt nå, vil jeg aldri få vite om det. Et stykke mørk materie generelt, som sådan, kan ikke ligge på skrivebordet mitt. Det vil falle gjennom bordet, og gulvet, og jordskorpen, skynde seg inn i gravitasjonsbrønnen i kjernen av planeten vår. Eller det vil forsvinne ut i verdensrommet på en uforståelig måte. Mørk materie interagerer så svakt med alt at dette stykket rett og slett vil falle gjennom vanlig materie, som om det ikke eksisterer.

I liten skala er gravitasjonsmanifestasjonen av mørk materie ubetydelig, men på kosmologiske avstander merkes tilstedeværelsen av mørk materie definitivt - den kan observeres indirekte ved dens gravitasjonseffekt på galaksehoper og dens effekt på rotasjonen av galakser. Vi vet at det eksisterer, vi ser det rett og slett ikke.

Og vi vet ikke hva det er, vi kan bare gjette

Vanlig materie - aka baryonisk materie - samhandler gjennom elektromagnetiske, gravitasjonskrefter, sterke og svake krefter. Disse kreftene overfører energi og gir struktur til all materie. Mørk materie, derimot, blir vanligvis sett på som en amorf sky av "materie" som ikke kan samhandle gjennom elektromagnetiske krefter, svake eller sterke. Derfor antas det at mørk materie er "ikke-baryonisk". Ikke-baryonisk materie kan avsløre sin tilstedeværelse kun gravitasjonsmessig.

Den ledende kandidaten i jakten på mørk materie er WIMP, en svakt interagerende massiv partikkel. Som WIMP-navnet antyder, interagerer ikke denne hypotetiske partikkelen med normal materie - så den er ikke baryonisk.

Etablerte kosmologiske modeller forutsier at mørk materie - det være seg i form av WIMPs eller "aksioner", for eksempel - gir universet vårt struktur og kalles vanligvis forenklet "limet" som holder universet vårt som en helhet.

Astronom Vera Rubin observerte rotasjonen av galakser og la merke til at det meste av stoffet i galakser ikke er observerbart. Bare en liten prosentandel er synlig - stjerner, gass og støv; resten gjemmer seg i en enorm, men usynlig glorie av mørk materie. Det er som om vår synlige galakse av vanlig materie bare er en hette på et enormt hjul av mørk materie som strekker seg langt utover det vi kan se.

I en nylig publisert artikkel (2013) presenterte Randall og hennes kolleger en mer kompleks form for mørk materie. I følge dem består ikke mørk materie-haloen til galaksen vår av bare én type amorf masse av ikke-baryonisk materie.

"Det virker veldig rart å anta at all mørk materie er sammensatt av bare én type partikkel," skriver Randall. "En objektiv vitenskapsmann bør ikke la mørk materie være like mangfoldig som vår normale materie."

Et rikt «skyggeunivers»?

Akkurat som vårt synlige univers er styrt av standardmodellen for fysikk – en velprøvd familie av partikler (inkludert det beryktede Higgs-bosonet) og krefter, kunne en rik og variert modell av mørk materie-partikler og krefter fungere i en mørk galaktisk glorie?

Denne forskningen følger logikken med å anta et rikt utvalg av ukjent fysikk i universets mørke sektor - la oss kalle det "skyggeuniverset" - som eksisterer parallelt med vårt eget og har alle kompleksitetene som vårt synlige univers har å tilby.

Astrofysikere har tidligere antydet at «mørke stjerner» – stjerner laget av mørk materie – kan eksistere i vårt eldgamle univers den dag i dag. I så fall, hevder Randall, kan kanskje "mørke planeter" dannes. Og hvis det er en familie av mørk materie partikler kontrollert av krefter utplassert i den mørke sektoren, kan dette føre til fremveksten av kompleks kjemi? Og til livet?

Men hvis det er "mørkt" eller "skygge" liv parallelt med universet vårt, kan du glemme at vi kan oppdage det.

Skyggelivet vil forbli i skyggene

Det virker fristende å bruke denne hypotesen til å forklare alle hverdagens mysterier eller til og med paranormale påstander som vitenskapen ikke kan bestride eller støtte. Hva om "spøkelser" eller uforklarlige "lys på himmelen" er krumspringene til mørke skapninger som bor bak i alt?

Selv om denne logikken ville være bra for et TV-program eller en film, ville disse mørke skapningene leve i et skyggefullt univers som er fullstendig uforenlig med vanlig materie. Deres partikler og krefter ville ikke ha noen effekt i vårt univers. Du kunne lese disse linjene sittende på en trestubbe i en mørk skog, og du ville aldri vite om det.

Men siden vi sameksisterer med dette skyggeuniverset i samme rom-tid - uten unødvendige dimensjoner eller multivers - kan bare ett signal overføres.

Gravitasjonsbølger ble først oppdaget i 2016, og den første oppdagelsen av disse krusningene i romtid ble forårsaket av kollisjonen av sorte hull. Det virker fullt mulig at gravitasjonsbølger kan oppdages i den mørke sektoren, men bare de kraftigste kosmiske hendelsene i den mørke sektoren kan oppdages ved vår ende av ledningen.

Alt i alt vil vi nesten aldri bevise eksistensen av søte mørk materie skapninger, men Randall påpeker et viktig poeng. Når vi vurderer kilden til mørk materie, må vi se forbi våre fordommer; den mørke sektoren kan være en kompleks familie av mørk materie partikler og krefter som er hinsides det vi kan forestille oss.