Det mørke stof er et mystisk stof, der ikke er lysende, og som udgør langt størstedelen af stoffet i universet. Selv om eksperter har observeret tyngdevirkningerne af mørkt stof i årtier, er forskerne stadig forvirrede over dets sande natur.

Hvem opdagede det mørke stof?

I slutningen af det 19. århundrede begyndte astronomer at spekulere over usynligt materiale – enten svage stjerner eller gas og støv, der var spredt ud over hele universet. Forskere var endda begyndt at estimere dets masse, ifølge en gennemgang fra 2018 i tidsskriftet Reviews of Modern Physics. De fleste troede, at dette mystiske stof var en mindre del af den samlede masse i kosmos.

Det var først i 1933, at den schweizisk-amerikanske astronom Fritz Zwicky bemærkede, at fjerne galakser drejede rundt om hinanden meget hurtigere, end det burde være muligt i betragtning af deres synlige stof, der ses i teleskoperne. “Hvis dette blev bekræftet, ville vi få det overraskende resultat, at mørkt stof er til stede i meget større mængde end lysende stof,” skrev han i en artikel, der blev offentliggjort i tidsskriftet Helvetica Physica Acta samme år.

Men mange på området forblev skeptiske over for Zwickys resultater indtil 1970’erne, da astronomerne Kent Ford og Vera Rubin foretog detaljerede undersøgelser af stjerner i de ydre regioner i nabogalaksen Andromeda-galaksen. Disse stjerner kredsede alt for hurtigt om galaktikkernen, næsten som om noget usynligt materiale trak gravitationelt i dem og skubbede dem videre – en observation, som forskerne snart bemærkede i galakser over hele universet.

Forskerne havde ingen idé om, hvad denne usynlige masse bestod af, og nogle astronomer spekulerede i, at det mørke stof bestod af små sorte huller eller andre kompakte objekter, der afgav for lidt lys til at kunne ses i teleskoper. Resultaterne blev endnu mere mærkelige i 1990’erne, da et rumteleskop kaldet Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) viste, at dette mørke stof ifølge NASA var fem gange større end almindeligt synligt stof.

Hvorfor mørkt stof fortsat er et mysterium

Teleskopundersøgelser var aldrig i stand til at finde tilstrækkeligt mange små kompakte objekter til at kunne redegøre for denne enorme overflod af materiale. De fleste moderne astronomer mener, at mørkt stof sandsynligvis består af subatomare partikler med egenskaber, der er ret forskellige fra de mere velkendte protoner og neutroner.

Den regerende kandidat til mørkt stof kaldes en svagt vekselvirkende massiv partikel eller WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Disse spekulative entiteter findes ikke i partikelfysikkens standardmodel, som beskriver næsten alle partikler og kræfter. WIMP’er ville mere ligne den spøgelsesagtige neutrino, bortset fra at den ville veje 10 til 100 gange mere end en proton. (Neutrinos’ nøjagtige masse er ukendt, men de er langt lettere end elektroner).

Lige neutrinos ville WIMP’er kun interagere med to af de fire fundamentale kræfter i universet: Tyngdekraften og den svage atomkraft, som formidler henfaldet af radioaktive atomkerner. Disse mørke stofpartikler ville være elektrisk neutrale, hvilket betyder, at de ikke ville interagere med elektromagnetismen, som er grundlaget for lys, og derfor ville de forblive usynlige.

Fysikere har bygget enorme detektorer og placeret dem dybt under jorden for at beskytte dem mod interfererende kosmisk stråling i et forsøg på at opdage WIMP’er, men indtil videre har intet eksperiment afsløret beviser for dem. I de seneste år har denne fiasko fået nogle på området til at begynde at spekulere på, om de har begivet sig ud på en vild partikeljagt uden egentlig ende.

Nogle forskere retter derfor deres opmærksomhed mod en nyere mørkt stof-kandidat kaldet axionen, som ville være en milliontedel eller endog en milliarddel af en elektrons masse, rapporterede Proceedings of the National Academy of Science. Disse hypotetiske partikler er særligt attraktive for forskerne, fordi de også kunne løse et andet udestående problem i fysikken, idet de potentielt kan interagere med neutroner for at forklare, hvorfor de kan føle magnetiske felter, men ikke elektriske felter.

I juni 2020 meddelte medlemmer af XENON1T-eksperimentet baseret på Gran Sasso National Laboratory i Italien, en detektor, der oprindeligt blev bygget for at forsøge at fange WIMP’er, at de havde fundet et lille, men uventet signal, der kunne forklares med tilstedeværelsen af axioner. Resultaterne chokerede det videnskabelige samfund, men er endnu ikke blevet bekræftet af andre eksperimenter.

Er mørkt stof overhovedet virkeligt?

Det betyder, at forskerne stadig sidder og klør sig i hovedet over, hvad mørkt stof egentlig er. Nogle teoretikere har spekuleret på, om der findes en hel mørk sektor af universet med flere partikler og endda mørke kræfter, der kun påvirker mørkt stof, i lighed med den subatomare kompleksitet, der ses i det synlige kosmos.

Samtidig mener et mindretal af forskere, at mørkt stof er en luftspejling. De tilslutter sig en idé, der er kendt som modificeret version af inerti, eller MOND, som formoder, at tyngdekraften på store skalaer virker anderledes end forventet, og at dette forklarer de observerede rotationer af stjerner og galakser. Men de fleste eksperter er ikke overbevist om, at det er nødvendigt at foretage en så radikal afvigelse fra den kendte fysik, hvilket også ville kræve ændringer i vores forståelse af store dele af virkeligheden.

Dunkelt stof er, så vidt vides, ikke forbundet med mørk energi, et andet mystisk fænomen, der er ansvarlig for at fremskynde kosmos’ udvidelse. De to deler blot ordet “mørk”, som ofte bruges som en pladsholder af videnskabsfolk for ting, som de ikke helt forstår.