Mørkt stof og mørk energi

Alt hvad vi ser omkring os, består af partikler, fra den største stjerne til det mindste lille atom, og endda også de endnu mindre byggeklodser som atomerne er lavet af. Vi består også selv af partikler, og det samme gør mere diffuse ting som skyer, vand, og luft. 

Partiklerne gør, at vi vejer noget, og at vi fylder i rummet, hvilket betyder at vi har en masse og en volumen. Partiklerne interagerer også med lys, hvilket gør at vi kan se ting. Hvis du kigger på en blomst, er det du ser i virkeligheden lys fra f.eks. Solen eller en lampe, der rammer blomstens partikler, og bliver reflekteret over i dine øjne.

Alle disse partikler kalder vi stof. Stof er det, der giver os masse, og volumen, og som interagere med lys.  

Men udover dette stof, består universet også af to andre ting: Mørkt stof og mørk energi.

I dag mener vi, at alt “almindeligt” stof kun udgør omkring 5% af universet. Det vil sige, at alt det vi kan se omkring os i universet, kun udgør en meget lille del af hele universet.

Men hvad består de sidste 95% af universet så af?
Forskere mener, at omkring 27% af universet er mørkt stof, og at de sidste 68% er mørk energi. Så lad os kigge nærmere på universets “mørke” dele.

Mørkt stof

Navnet mørkt stof er en smule misvisende. Mørkt stof er nemlig ikke mørkt, men nærmere usynligt.

Mørkt stof interagerer ikke med lys. Det hverken absorberer, reflekterer eller udsender lys. Det gør det rigtig svært for os at observere mørkt stof, for det vi observerer når vi kigger ud i rummet er lyset fra de forskellige objekter derude. 

Derfor ved vi ikke særlig meget om mørkt stof, eller hvad det er. Men vi kan se at det er der!

Det er fordi, vi kan måle på tyngdekraften af det mørke stof, og det var netop sådan, det først blev opdaget i starten af 1900-tallet.
Her kiggede en række videnskabsmænd på hvordan stjernerne bevæger sig omkring galakser, og det viste sig, at de ikke bevægede sig som de burde. De bevægede sig nemlig så hurtigt, at tyngdekraften fra alt det støv, gas, og stjerner der er i galaksen ikke burde kunne holde på dem. Derfor kunne man regne ud, at der måtte være noget andet i galakserne, der hjalp til at holde dem sammen. Noget som vi ikke kan observere, men som har en tyngdekraft – og det er det, vi kalder mørkt stof.

I dag har forskerne fundet flere måder at måle på det sorte stof, selvom det forbliver usynligt for os. Blandt andet har de kigget på, hvordan tyngdekraften fra det mørke stof bøjer rummet omkring sig (læs mere om dette fænomen på siden Sorte huller). 

På billedet nedenfor ser vi en kollision af to galaksehobe. Det lyserøde område markerer varm gas (altså almindeligt stof) fra de to hobe der interagerer. De blå områder markerer der hvor tyngdekraften fra mørkt stof bøjer rummet. Fordi det almindelige stof og det mørke stof ligger i forskellige områder under kollisionen, kan man tydeligt genkende det mørke stof.

Forskerne arbejder på højtryk for at finde ud af, hvad mørkt stof kan være, men indtil videre er der ikke enighed. 

Et bud er at mørkt stof kunne være det vi kalder WIMPs som er svagt-interagerende-massive-partikler. Disse hypotetiske partikler er store, tunge, og langsomme, og de interagerer ikke med lys, eller særligt meget med andre partikler. Forskerne prøver at lede efter disse partikler med diverse detektorer eller skabe dem i laboratoriet, men det er endnu ikke lykkedes. 

Et andet bud er axioner, som er hypotetiske elementarpartikler, der er meget lette, har lav energi, og kun interagerer meget lidt med andre partikler. Disse partikler har også været foreslået som løsningen på et problem i forskningsfeltet kvantekromodynamik, så hvis forskerne en dag beviser at de findes, kunne man løse to store mysterier med en lille partikel! 

Det sidste bud er, at mørkt stof i virkeligheden er såkaldte primordiale sorte huller. Primordiale sorte huller er hypotetiske sorte huller, som forskerne mener måske kunne have været dannet under universets fødsel. Dengang var universets umådeligt tæt, og forskerne tror at sorte huller måske kunne være opstået spontant. Disse sorte huller kunne være så små som atomer og så store som supermassive sorte huller, og de kunne nu ligge spredt rundt i universet, hvor vi ser deres tyngdekraft, men ikke deres lys. Du kan læse mere om sorte huller og universets fødsel på siderne Sorte huller og Big Bang. 

Mørk energi

Mørk energi og mørkt stof er to vidt forskellige ting. Det eneste, de har tilfælles, er at de ikke interagerer med lys, og derfor ikke kan ses direkte - hvilket har givet dem navnet ’mørk’.

I 1929 kiggede astronomen Edwin Hubble nærmere på nogle fjerne galakser, og han fandt noget meget mærkeligt. Han kunne se at galakserne alle sammen bevægede sig væk fra os, og jo længere væk de var, jo hurtigere bevægede de sig. I dag ved vi, at det faktisk ikke er galakserne, der bevæger sig, men i stedet universet, der udvider sig. Mellemrummet mellem galakserne bliver simpelthen større. 

Dette undrede forskerne lidt, fordi vi jo ved at tyngdekraften burde trække ting tættere sammen, og ikke længere væk fra hinanden. Så der var der en udbredt teori om, at universets udvidelse nok stammede helt tilbage fra Big Bang, men at tyngdekraften på et tidspunkt vil bremse denne udvidelse og endda føre til, at universet i sidste ende vil trække sig sammen og kollapse. Denne teori fik dog ikke lov at være ved. 

I 1990 blev Hubble rumteleskop opsendt, og med det kunne vi se længere ud i universet end nogensinde før. Det blev ekstra spændende, fordi når vi kigger ud i universet, kigger vi faktisk også tilbage i tiden. 

Det er fordi, vi observerer lys fra meget fjerne objekter og galakser, og at det lys vi ser, har brugt tid på at nå frem til os på Jorden. Jo længere væk galakserne er, jo mere tid har lyset brugt. Det svarer lidt til at modtage et brev. Hvis du får et brev af din nabo, har de sikkert lige skrevet det, men hvis du får et brev fra den anden side af Jorden, er det nok en uge gammelt når det når frem, og det vil fortælle om ting der skete for en uge siden. 

Når Hubble rumteleskop ser på fjerne galakser, ser det lys der har brugt flere milliarder år på at nå frem, og den observerer derfor galakserne som de så ud for milliarder af år siden.

Sådan fandt man ud af at universet dengang udvidede sig langsommere end det gør i dag. 

Det betyde altså, at universet ikke bare udvider sig, men at denne udvidelse faktisk accelererer. Det er stik modsat af vores teori om at tyngdekraften ville bremse udvidelsen. 

Forskerne er ikke helt sikre på, hvad det er, der gør, at universet udvider sig hurtigere og hurtigere, når tyngdekraften burde få det til at trække sig sammen. Der må være en kraft der modarbejder tyngdekraften, og der må være meget af den. Denne kraft har fået navnet: Mørk energi. 

Vi ved meget lidt om mørk energi, for vi kan ikke observere det. Vi kan kun se på, hvordan den påvirker det synlige univers. 

Nogle forskere tror, at mørk energi er en egenskab ved vakuum. At tomrum har sin egen energi, der vil få den til at udvide sig, og jo mere tomrum der er mellem galakserne, jo mere vil den udvide sig. 

Denne vakuum-energi blev faktisk beskrevet allerede af Albert Einstein i hans generelle relativitetsteori, hvor han indførte den “kosmologiske konstant", der skulle balancere tyngdekraften. Han fjernede senere den kosmologiske konstant og skulle efter sigende have kaldt den sin “største fejltagelse”. Med universets accelererende udvidelse kunne det dog godt se ud til, at Einstein havde haft ret fra starten af.

Universets fremtid

Så mørkt stof har tyngdekraft og hjælper med at holde ting sammen, mens mørk energi modvirker tyngdekraften, og skubber ting fra hinanden. Balancen mellem mørkt stof og mørk energi er derfor afgørende for universets udvikling. 

Vi ved så lidt om begge ting, at det er meget svært at sige noget præcist om, hvad der kommer til at ske med vores univers i fremtiden. Alligevel har forskerne givet et par bud på, hvordan universets skæbne ser ud.

Big crunch
Hvis der ikke er nok mørk energi i universet, kan tyngdekraften fra mørkt stof og almindeligt stof standse udvidelsen og til sidst trække universet sammen igen i en form for omvendt Big Bang. Nogle tror, at når universet er kollapset til et lille bitte punkt, vil det kunne eksplodere igen, i et nyt Big Bang og derved skabe et nyt univers. Måske et vi blot ét, i en lang række af universer.  

Big Chill
Hvis mørk energi virker stærkere end mørkt stof, vil vores univers fortsætte sin udvidelse. Med tiden vil alle galakser ligge så langt fra hinanden, at vi til sidst ikke kan se andre galakser end vores egen. Galakserne vil fortsætte med at danne stjerner i cirka en billion år endnu, men herefter vil der ikke være mere gas tilbage, og der vil ikke komme nye stjerner. Universet bliver mørkt, da stjernerne slukkes en efter en.

Andre skæbner
Da vi ikke ved, hvad mørkt stof eller mørk energi er, er det umuligt at vide, hvad der vil ske med universet i fremtiden. Der findes derfor mange forskellige muligheder. Måske forsvinder vores univers lige så pludseligt, som det kom? Eller måske findes der mange flere universer end blot vores eget, og vi er bare en lille prik i et uendeligt multivers? 

En ting er sikkert. Hvis vi bare bliver ved med at observere universet, vil vi blive ved med at lære nye ting, og om bare 10-20-30 år vil vi være meget klogere end vi er nu!