Hvad er universet lavet af? Bare rolig, hvis du ikke har en anelse, astronomer heller ikke. James Jee fra Johns Hopkins University brugte Hubble-rumteleskopet til at skabe et detaljeret kort over koncentrationer af mørkt stof omkring to galakser. Og astronomer fik lige nogle nye spor.
Lyt til interviewet: Dark Matter Maps (5 MB)
Eller abonner på Podcast: Abonner
Fraser Cain: Vi har hørt udtrykket mørk materie ganske lidt. Kan du give os den aktuelle forståelse af, hvad mørk materie er?
Dr. James Jee: Før jeg taler om mørk materie, må jeg nævne, hvad astronomer nu tror, hvordan universet kom til, hvad det er i dag. Vi tror, at 30% af universet er stof, og de øvrige 70% er mørk energi, og mørkt stof udgør mere end 90% af stoffet i universet. Ingen har fundet mørkt stof i laboratorierne, så de ved ikke formen, farven eller lugten af det, men der er bevis for, at det er der. Vi kan registrere det ved den såkaldte gravitationslinse.
Fraser: Så for nylig udførte du en undersøgelse ved hjælp af Hubble-rumteleskopet for at kortlægge koncentrationen af mørkt stof. Hvad var processen for at gøre det?
Dr. Jee: Mørk stof omfatter som sagt 90% af sagen i Universet, og det bedste sted at kigge efter mørkt stof er hvor det bugner mest. Så vi pegede Hubble-rumteleskopet til to af de mest interessante galakse-klynger, der dannes, da universet var halvdelen af sin nuværende alder.
Fraser: Og hvad så du?
Dr. Jee: Vi undersøgte den spektrale fordeling af baggrundsgalakser. Ved at undersøge forvrængningen af disse baggrundsgalakser kunne vi bestemme densiteten af mørkt stof i forgrunden.
Fraser: Lad mig se, om jeg forstår dette korrekt. Du kiggede på fjerne galakser, og ved at se, hvordan lyset ændrede sig, da det kom mod os, var du i stand til at registrere, hvor der var skjulte klumper af stof, der påvirkede det tyngdekraften.
Dr. Jee: Præcis. Måske er dette en god analogi. Antag, at du læser en nyhedsartikel ved hjælp af et forstørrelsesglas, du kan udlede kraften eller tykkelsen på linserne ved at undersøge, hvor meget bogstaverne ser større ud gennem forstørrelsesglasset. Tilsvarende, hvis du ser på forvrængningen eller forstørrelsen af baggrundsgalakserne, kan du bestemme densiteten af det undvigende mørke stof i forgrunden.
Fraser: Så hvad er så forholdet mellem mørkt stof og galakserne, som vi kan se?
Dr. Jee: Det er den dominerende sag i universet, og det har tyngdekraften. Uden mørkt stof er det meget svært at danne galakser med de store strukturer, som vi ser i dagens univers. Så bestemt hjælper mørkt stof dannelsen af galakser i storskala-strukturen.
Fraser: Er det så muligt, at hvor den mørke sag nogensinde klumper sig, er det her, vi sandsynligvis vil se galakser?
Dr. Jee: Ja, det er dybest set, hvad vi har fundet i vores forskning. Folk har spekuleret i, at mørkt stof er kollisionsløse partikler, og den mørke stof og den normale stof skulle eksistere sammen. Men ingen har været i stand til at bestemme dette meget tydeligt, fordi den mørke stof ikke udsender nogen elektromagnetiske bølger. Hvad vi har fundet ved hjælp af Hubble er, at de lysende galakser dannes i de tætteste regioner af disse mørke stoffer.
Fraser: Hvis vi ved, at denne form for klumpning sker - de to ser ud til at gå hånd i hånd - giver dette dig mulighed for at smide alle eksisterende teorier ud for, hvad denne mørke sag kan være?
Dr. Jee: Ja, dette giver os mange spor. De fleste mennesker tror, at mørkt stof er kollisionsfrit, men nogle antyder, at de kan have nogle kollisionsegenskaber som brintgas. Den måde, hvorpå mørk materie klumper sig sammen, giver os antydninger til, hvad den mørke stof er. Antag, at det mørke stof har kollisionsegenskaber, ligesom brintatomet, så kolliderer de meget ofte med hinanden, og vi vil se en meget glat fordeling af en mørk stofhalo. Men vi har fundet, at disse strukturer er meget klumpede, ligesom massen af en galakse i sig selv. Det indikerer, at mørke stofpartikler, hvis nogen, vil være kollisionsløse partikler, som de fleste af teorierne siger i dagens astronomi.
Fraser: Åh, jeg kan se, så de faktiske partikler, der kunne være årsag til denne mørke stof, er enten så små eller så svage, at de ikke engang klæber sammen. Og hvis de bonk sammen, ville du faktisk se en mere jævn spray af distribution. Så baseret på de fundne resultater, du har fået, hvad ville være den næste fase i din forskning?
Dr. Jee: Advanced Camera for Surveys-programmet omfatter mere end 15 galakse-klynger, der er meget interessante. Dette er kun de to første resultater. Vi tror, at hvis vi afslutter vores 15 galakse-klynger til undersøgelsen, så vil vi have et mere klart billede af, hvordan den mørke stof og den normale stof interagerer, muligvis ved hjælp af tyngdekraft sammen. Og vi har måske en mere klar idé om, hvordan den mørke substans bidrager til dannelsen af universets storskala struktur.
Fraser: Og baseret på den forskning, du har gjort indtil videre, har du en kæledyrsteori for, hvad den mørke stof kan være?
Dr. Jee: Nå, hvis du går til Astro-ph-webstedet, er det det websted, som folk uploader deres forskellige forskningsartikler, og der er ligesom 10 eller 15 papirer om dagen. Og der er mange spekulationer om dette, der er meget attraktive og plausible. Men jeg antager, at arten af mørkt stof måske kan besvares om 10 eller 15 år fra nu, men vi søger stadig. Vores forskning giver en hidtil uset opløsning af mørkt stof, der kan skelne mellem partikler med kollision og kollision.
Fraser: Og er der andre instrumenter end Hubble, der kan gøre dette arbejde?
Dr. Jee: Vi kan lave gravitationslinse ved hjælp af de jordbaserede teleskoper. Faktisk var det i 1990, at folk først opdagede det mørke stof ved hjælp af gravitationslinsering. Men når du laver gravitationslinse ved hjælp af et jordbaseret teleskop, er opløsningen så dårlig. Med andre ord vil den atmosfæriske turbulens udjævne gravitationslinsen, så vi ikke kan se et billede af meget høj kvalitet af den mørke stof. Men hvis vi bruger teleskopet i rummet, slører det ikke formen på baggrundsbilledet, så du sparer gravitationslinsesignalet. Vi kan komme med et meget højt opløsningsbillede af mørk stoffordeling.
Fraser: Og et større instrument vil give dig et bedre billede.
Dr. Jee: Bestemt. Det næste teleskop er JWST (James Webb Space Telescope) vil effektivt øge opløsningen af betydningen af mørkt stof med en faktor på 10 eller mere.
Fraser. Tror du, at du ville se noget markant anderledes med 10x-opløsningen?
Dr. Jee: Den globale form for distribution af mørkt stof vil ikke ændre sig meget, men i dette tilfælde kan vi muligvis sammenligne strukturen af det mørke stof med hensyn til galakserne. I dette tilfælde kan vi muligvis svare på, om partiklerne med mørke stoffer har nogle kollisionsegenskaber. I begyndelsen sagde jeg, at det, jeg har fundet, stemmer overens med den kollisionsløse hypotese. Men der har været nogle forslag om, at partikler i mørkt stof kan have nogle meget små kollisionsegenskaber. Så vi kunne bestemme forskydningen mellem mørkt stof og galaksmateriale. Det giver dig en masse mulige begrænsninger på kollisionstværsnittene mellem normale og mørke stofpartikler.
Denne undersøgelse blev rapporteret i Space Magazine den 13. december 2005.
