Er liv baseret på mørkt stof muligt?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Langt størstedelen af massen i vores univers er usynlig. Og i et stykke tid nu har fysikere forsøgt at forstå, hvad denne undvigende masse er. Hvis det er lavet af partikler, er håbet, at Large Hadron Collider kan producere en mørk stofpartikel, eller rumteleskopet vil se en veltalende gammastrålesignatur af mørkt stofkollisioner. Indtil videre er der intet. Og dette problem får teoretiske fysikere til at overveje nye ideer.

I 2017 undersøgte den berømte teoretiske fysiker Lisa Randall en af de mest utrolige muligheder for mørkt stof. Hypotetisk, selvfølgelig. I stedet for at behandle mørkt stof som en bestemt type partikel, antog hun, at mørkt stof kunne bestå af en hel familie af partikler, der udgør mørke stjerner, mørke galakser, mørke planeter og muligvis mørkt liv. Kemien i det mørke univers kunne være lige så rig og varieret som vores egen "almindelige kemi." Men ikke alt er så simpelt.

Problemet med mørkt stof

Vores univers er et fantastisk, omend uforståeligt sted.

I løbet af de sidste par årtier er vi kommet til at indse, at 84,5% af stoffet i universet ikke kan ses. I betragtning af dets ret akavede kaldenavn "mørkt stof", er dette stof i en tilstand, hvor det ikke interagerer med "normalt" stof. Ligesom mørk energi er disse ting "mørke", fordi vi ikke forstår dem.

Hvis der ligger et stykke mørkt stof på mit skrivebord nu, får jeg aldrig at vide om det. Et stykke mørkt stof i almindelighed kan som sådan ikke ligge på mit skrivebord. Det vil falde gennem bordet, og gulvet og jordskorpen styrter ind i tyngdekraften i kernen af vores planet. Eller det vil forsvinde ud i rummet på en uforståelig måde. Mørkt stof interagerer så svagt med alt, at dette stykke simpelthen vil falde gennem almindeligt stof, som om det ikke eksisterer.

På en lille skala er den gravitationsmæssige manifestation af mørkt stof ubetydelig, men på kosmologiske afstande mærkes tilstedeværelsen af mørkt stof bestemt - det kan observeres indirekte ved dets gravitationseffekt på galaksehobe og dets effekt på rotation af galakser. Vi ved, at det eksisterer, vi ser det simpelthen ikke.

Og vi ved ikke, hvad det er, vi kan kun gætte

Almindelig stof - også kendt som baryonisk stof - interagerer gennem elektromagnetiske, tyngdekræfter, stærke og svage kræfter. Disse kræfter overfører energi og giver struktur til alt stof. Mørkt stof, på den anden side, ses normalt som en amorf sky af "stof", der ikke kan interagere gennem elektromagnetiske kræfter, svage eller stærke. Derfor antages det, at mørkt stof er "ikke-baryonisk". Ikke-baryonisk stof kan kun afsløre sin tilstedeværelse ved hjælp af gravitation.

Den førende kandidat i jagten på mørkt stof er WIMP, en svagt interagerende massiv partikel. Som WIMP-navnet antyder, interagerer denne hypotetiske partikel ikke med normalt stof - så den er ikke baryonisk.

Etablerede kosmologiske modeller forudsiger, at mørkt stof - hvad enten det er i form af WIMP'er eller "aksioner", for eksempel - forlener vores univers med struktur og normalt forenklet kaldes den "lim", der holder vores univers som helhed.

Da astronomen Vera Rubin observerede rotationen af galakser, bemærkede, at det meste af stoffet i galakser ikke er observerbart. Kun en lille procentdel er synlig - stjerner, gas og støv; resten gemmer sig i en enorm, men usynlig glorie af mørkt stof. Det er, som om vores synlige galakse af almindeligt stof bare er en hætte på et enormt hjul af mørkt stof, der strækker sig langt ud over, hvad vi kan se.

I et nyligt offentliggjort papir (2013) præsenterede Randall og hendes kolleger en mere kompleks form for mørkt stof. Ifølge dem består den mørke stof-halo i vores galakse ikke kun af én type amorf masse af ikke-baryonisk stof.

"Det virker meget mærkeligt at antage, at alt mørkt stof er sammensat af kun én type partikel," skriver Randall. "En uvildig videnskabsmand bør ikke tillade mørkt stof at være så forskelligartet som vores normale stof."

Et rigt "skyggeunivers"?

Ligesom vores synlige univers er styret af fysikkens standardmodel – en veldokumenteret familie af partikler (inklusive den berygtede Higgs-boson) og kræfter, kunne en rig og varieret model af mørkt stof-partikler og kræfter fungere i en mørk galaktisk glorie?

Denne forskning følger logikken i at antage en rig variation af ukendt fysik i universets mørke sektor - lad os kalde det "skyggeuniverset" - der eksisterer parallelt med vores eget og har alle de kompleksiteter, som vores synlige univers har at byde på.

Astrofysikere har tidligere foreslået, at "mørke stjerner" - stjerner lavet af mørkt stof - kan eksistere i vores gamle univers den dag i dag. Hvis ja, hævder Randall, kunne "mørke planeter" måske dannes. Og hvis der er en familie af mørkt stof partikler styret af kræfter indsat i den mørke sektor, kunne dette føre til fremkomsten af kompleks kemi? Og til livet?

Men hvis der er "mørkt" eller "skygge" liv parallelt med vores univers, kan du glemme, at vi kan opdage det.

Skyggelivet vil forblive i skyggerne

Det virker fristende at bruge denne hypotese til at forklare alle hverdagens mysterier eller endda paranormale påstande, som videnskaben ikke kan bestride eller støtte. Hvad hvis "spøgelser" eller uforklarlige "lys på himlen" er narrestregerne af mørke væsner, der lever bagerst i alting?

Selvom denne logik ville være fin til et tv-program eller en film, ville disse mørke skabninger leve i et skyggefuldt univers, der er fuldstændig uforeneligt med almindeligt stof. Deres partikler og kræfter ville ikke have nogen effekt i vores univers. Du kunne læse disse linjer siddende på en træstub i en mørk skov, og du ville aldrig vide om det.

Men da vi sameksisterer med dette skyggeunivers i samme rumtid - uden unødvendige dimensioner eller multivers - kan der kun transmitteres ét signal.

Gravitationsbølger blev først opdaget i 2016, og den første påvisning af disse krusninger i rumtiden var forårsaget af kollisionen af sorte huller. Det virker meget muligt, at gravitationsbølger kan detekteres i den mørke sektor, men kun de mest kraftfulde kosmiske begivenheder i den mørke sektor kan detekteres i vores ende af ledningen.

Alt i alt vil vi næsten helt sikkert aldrig bevise eksistensen af søde mørkt stofvæsner, men Randall påpeger en vigtig pointe. Når vi betragter kilden til mørkt stof, må vi se ud over vores fordomme; den mørke sektor kan være en kompleks familie af mørkt stof partikler og kræfter, der er ud over, hvad vi kan forestille os.