Jasem Mutlaq

     mutlaqja@ku.edu

# MÎrk materia

VetenskapsmÎn Îr nu helt infÎrstÎdda med idÎn att 90 % av universums massa bestÎr av materia som inte kan ses.

Trots utfÎrliga kartor Îver det nÎra universum som tÎcker spektrat frÎn radiovÎgor till gammastrÎlning, sÎ kan vi bara redogÎra fÎr 10 % av massan som mÎste finnas dÎrute. Som astronomen Bruce H. Margon, frÎn Washingtons universitet, sa till New York Times Îr 2001: Det Îr rÎtt pinsamt ett behÎva erkÎnna att vi inte kan hitta 90 procent av universum.

Beteckningen som har givits den hÎr saknade massan Îr mÎrk materia, och de bÎda orden summerar ganska vÎl allt man fÎr nÎrvarande vet om den. Man vet att det finns materia, eftersom man kan se effekten av dess inflytande pÎ gravitationen. Men materian avger inte nÎgon pÎvisbar elektromagnetisk strÎlning alls, alltsÎ Îr den mÎrk. Det finns flera olika teorier fÎr att fÎrklara den saknade massan, frÎn exotiska subatomiska partiklar, till en samling isolerade svarta hÎl eller till mindre exotiska bruna och vita dvÎrgar. Beteckningen saknad massa kan vara missvisande, eftersom massan sjÎlv inte saknas, bara ljus frÎn den. Men exakt vad Îr mÎrk materia, och hur vet man att den verkligen finns om den inte syns?

Historien bÎrjade 1933, nÎr astronomen Fritz Zwicky studerade rÎrelser hos avlÎgsna och massiva galaxhopar, i synnerhet Coma-hopen och Virgo-hopen. Zwicky uppskattade massan fÎr varje galax i hopen baserat pÎ deras luminositet, och summerade alla galaxers massa fÎr att fÎ en total massa fÎr hopen. DÎrefter gjorde han en andra, oberoende uppskattning av hopens massa, baserad pÎ spridningen av hastigheter fÎr de enskilda galaxerna i hopen. FÎrvÎnande nog, sÎ var den hÎr andra uppskattningen av dynamisk massa, 400 gÎnger stÎrre În uppskattningen baserad pÎ ljuset frÎn galaxerna.

Även om bevisen var starka redan pÎ Zwickys tid, var det inte fÎrrÎn pÎ 1970-talet som vetenskapsmÎn bÎrjade utforska den hÎr avvikelsen i detalj. Det var vid den hÎr tiden som existensen av mÎrk materia bÎrjade tas pÎ allvar. Existensen av sÎdan materia skulle inte bara lÎsa upp massbristen i galaxhopar, den skulle ocksÎ ha lÎngtgÎende konsekvenser fÎr hela universums utveckling och Îde.

Ett annat fenomen som tycktes krÎva mÎrk materia var rotationskurvorna fÎr spiralgalaxer. Spiralgalaxer innehÎller en stor stjÎrnpopulation som kretsar runt galaxens centrum i nÎstan cirkulÎra banor, pÎ ett sÎtt som liknar hur planeter kretsar runt en stjÎrna. Likt planetbanor, sÎ fÎrvÎntas stjÎrnor med stÎrre galaktiska banor ha lÎngsammare banhastighet (det hÎr Îr bara ett sÎtt att uttrycka Keplers tredje lag). I sjÎlva verket gÎller Keplers tredje lag bara stjÎrnor nÎra randen av en spiralgalax, eftersom den antar att massan som omsluts av banan Îr konstant.

Astronomer har dock gjort observationer av banhastigheterna fÎr stjÎrnor i de yttre delarna av ett stort antal spiralgalaxer, och ingen av dem fÎljer Keplers tredje lag, som fÎrvÎntat. IstÎllet fÎr att banhastigheterna avtar vid stÎrre radier, sÎ hÎlls de mÎrkvÎrdigt konstanta. Slutsatsen Îr att massan som omsluts av banor med stÎrre radie Îkar, Îven fÎr stjÎrnor som verkar vara nÎra kanten pÎ en galax. FastÎn de Îr nÎra den ljusa delen av galaxen, har galaxen en massprofil som uppenbarligen fortsÎtter en bra bit bortom omrÎdet som innehÎller stjÎrnor.

HÎr Îr ett annat sÎtt att betrakta det hela: TÎnk dig stjÎrnorna nÎra randen av en spiralgalax, med typiska observerade hastigheter pÎ 200 kilometer per sekund. Om galaxen bara bestod av materien som man kan se, skulle dessa stjÎrnor mycket snabbt flyga ivÎg frÎn galaxen, eftersom deras banhastigheter Îr fyra gÎnger stÎrre În galaxens flykthastighet. Eftersom man inte ser att galaxer snurrar isÎr, sÎ mÎste det finnas massa i galaxen som man inte tar hÎnsyn till nÎr delarna man kan se lÎggs ihop.

Flera olika teorier har dykt upp i litteraturen fÎr att fÎrklara den saknade massan, sÎsom svagt interagerande massiva partiklar (WIMP - Weakly Interacting Massive Particles), massiva kompakta halo-objekt (MACHO - MAssive Compact Halo Objects), ursprungliga svarta hÎl, massiva neutriner med flera. Var och en har sina fÎr- och nackdelar. Ingen ensam teori har Înnu accepterats av den astronomiska gemenskapen, eftersom man hittills saknar mÎjlighet att prova en teori mot en annan pÎ ett avgÎrande sÎtt.

Man kan se galaxhoparna som Professor Zwicky studerade fÎr sin upptÎckt av mÎrk materia. AnvÎnd &kstars; fÎnster SÎk Objekt (&Ctrl;F) och visa M 87 fÎr att hitta Virgo-hopen, eller visa NGC 4884 fÎr att hitta Coma-hopen. Du kan behÎva zooma in fÎr att kunna se galaxerna. Observera att Virgo-hopen verkar vara mycket stÎrre pÎ himlen. I verkligheten Îr Coma den stÎrre hopen, den ser bara mindre ut eftersom den Îr lÎngre bort.