Här kommer äntligen min utlovade uppföljning till det jag skrev om mörk materia häromsistens. I kommentarerna till det inlägget fick jag några frågor, som jag tänkte ta och svara på här.

Sten:
Är det bara gravitationseffekter som gör att man tror att det finns mörk materia, eller andra saker också?

Kort svar: ja, det är bara gravitationseffekterna som visar att det finns mörk materia.

Längre svar: de enda observationerna hittills är den mörka materians massa, som vi ser genom att gravitationsfälten är starkare än de skulle ha varit om vi bara haft vanlig materia. På det interna fikonspråket kallar vi vanlig materia för ”baryonisk”, och med det menar vi i princip att den består av atomer. Man kan räkna ut hur många atomer det bildades efter big bang, och uträkningen stämmer bra med proportionerna av väte och helium vi ser i universum. Det tal man får fram är också långt ifrån tillräckligt för att förklara universums totala massa, så den mörka materien behövs.

Förhoppningen är förstås att den här materian ska växelverka med vanlig materia åtminstone genom den svaga kraften (den som styr radioaktivt beta-sönderfall), så att vi kan bygga en smart detektor och identifiera mörk materia-partiklarna.

Det finns en god anledning att tro att de här okända partiklarna faktiskt kopplar till den svaga kraften. Det har att göra med hur många av dem det måste finnas för att förklara den saknade massan. När universum var mycket ungt och litet var det mycket trångt, och partiklar kolliderade med varandra hela tiden. I den här soppan bildades nya partiklar hela tiden i kollisionerna, så även partiklar med kort livstid fanns i stora mängder. När sedan rymden utvidgade sig och det blev längre mellan kollisionerna blev det mindre sannolikt att nya partiklar skulle bildas, och mängden av respektive partikelslag konserverades. Olika partikelslag konserveras vid olika täthet, beroende på hur lätt de växelverkar. På så vis kan man räkna ut hur många som bildades (det är så man vet hur många atomer vi har). Om mörk materia-partiklarna kopplar till den svaga kraften får man automatiskt från de här beräkningarna att de blir lagom många för att stämma med observationer av massan. Det verkar lovande, eller hur!

Sten:
Finns det över huvud taget någon möjlighet att felet ligger på andra sidan ekvationen, och att till exempel gravitationen kan variera i olika delar av universum?

En bra fråga, och en ganska uppenbar sådan. Många har ställt den, och det finns folk som jobbar med att försöka hitta någon modifierad gravitationsteori. Hittills har de inte varit särskilt framgångsrika, även om det går att hitta en modell som passar vissa data. Saken är att den här modifierade gravitationen är oerhört komplicerad att beskriva (den relativistiska versionen kalas TeVeS, för Tensor Vector Scalar, de matematiska element man behöver), inte alls lika tilltalande som hypotesen med mörk materia. Mörk materia är enkel att begripa, har anknytning till fysik vi känner till, och passar alla data på alla storleksskalor.

Svensson:
Men var finns mörk materia då, är det partiklar i rymdens djup? Där är det väl naturligt att materien är mörk, inget lyser ju på den.

Det vi kallar mörk materia är inte vanlig materia i mörker, men du har en poäng. Under lång tid spekulerades i att massa kunde dölja sig i planetliknande objekt, för små för att kunna lysa som stjärnor. Massive Compact Halo Objects kallar man dem, MACHO. Det balanseras vitsigt med Weakly Interacting Massive Particles, WIMP. Folk brukar gilla att påpeka att veklingarna verkar vinna!

Svensson:
Eller finns det hela planeter av mörk materia?

Det finns förmodligen klumpar av mörk materia, men inte särskilt täta eller påtagliga jämfört med planeter vi är vana vid.

I science fiction finns det ibland planeter av mörk materia, men kanske ännu oftare livsformer som flyter omkring i rymdens mörker. Jag gillar att läsa om dem, men saken är att det skulle vara ganska svårt för en sådan livsform att hålla ihop. Det går inte att ha någon kemi med bara en sorts partikel, som dessutom inte har någon elektrisk laddning. Det blir ännu mer svårt om det är så att partiklarna utplånas om de växelverkar med varandra, vilket verkar troligt. Om en klump av mörk materia blir för tät betyder det då att den automatiskt börjar tunna ut sig själv och sända ut den överblivna energin i form av en massa andra sorters partiklar.

Annonser