Cold Dark Matter (CDM)

Universet består av minst to slags materie. Primært er det materialet vi kan oppdage, som astronomer kaller "baryonisk" materie. Det er tenkt som "vanlig" materie fordi det er laget av protoner og nøytroner, som kan måles. Baryonisk materie inkluderer stjerner og galakser, pluss alle gjenstandene de inneholder.

Det er også "ting" der ute i universet som ikke kan oppdages med normale observasjonsmidler. Likevel eksisterer det fordi astronomer kan måle dens gravitasjonseffekt på baryonisk materie. Astronomer kaller dette materialet "mørk materie" fordi det er mørkt. Det reflekterer ikke eller avgir lys. Denne mystiske formen for materie byr på noen store utfordringer med å forstå mange ting om universet, helt tilbake til begynnelsen, for 13,7 milliarder år siden.

For tiår siden fant astronomer at det ikke var nok masse i universet til å forklare ting som rotasjonen av stjerner i galakser og bevegelsene til stjerneklynger. Masse påvirker et objekts bevegelse gjennom rommet, enten det er en galakse eller en stjerne eller en planet. Ved å dømme etter hvordan noen galakser roterte, så det ut til at det var mer masse der ute. Det ble ikke oppdaget. Det manglet på en eller annen måte "fra masseinnholdet de samlet ved bruk av stjerner og tåler for å tildele en galakse en gitt masse.

Forskere begynte å grave dypere i å finne ut hvor all den savnede massen hadde gått. De vurderte at kanskje vår forståelse av fysikk, dvs. generell relativitet, var feil, men for mange andre ting la ikke opp. Så de bestemte seg for at kanskje massen fortsatt var der, men rett og slett ikke synlig.

Selv om det fortsatt er mulig at vi savner noe grunnleggende i teoriene vår om tyngdekraften, har det andre alternativet vært mer velsmakende for fysikere. Ut av den åpenbaringen ble ideen om mørk materie født. Det er observasjonsbevis for det rundt galakser, og teorier og modeller peker på involvering av mørk materie tidlig i universets dannelse. Så astronomer og kosmologer vet at det er der ute, men har ennå ikke funnet ut hva det er ennå.

Så, hva kan mørk materie være? Per dags dato er det bare teorier og modeller. De kan faktisk deles inn i tre generelle grupper: varm mørk materie (HDM), varm mørk materie (WDM) og kald mørk materie (CDM).

Av de tre har CDM lenge vært den ledende kandidaten for hva denne manglende massen i universet er. Noen forskere favoriserer fortsatt en kombinasjonsteori, der aspekter av alle tre typer mørk materie eksisterer sammen for å utgjøre den totale manglende massen.

CDM er en slags mørk materie som, hvis den eksisterer, beveger seg sakte sammenlignet med lysets hastighet. Det antas å ha vært til stede i universet helt fra begynnelsen og har sannsynligvis påvirket galaksenes vekst og utvikling. så vel som dannelsen av de første stjernene. Astronomer og fysikere tror at det mest sannsynlig er en eksotisk partikkel som ennå ikke er oppdaget. Det har sannsynligvis noen veldig spesifikke egenskaper:

Det måtte mangle interaksjon med den elektromagnetiske kraften. Dette er ganske åpenbart siden mørk materie er mørk. Derfor samhandler den ikke, reflekterer eller utstråler noen form for energi i det elektromagnetiske spekteret.

Imidlertid må enhver kandidatpartikkel som utgjør kald mørk materie ta hensyn til at den må samhandle med et gravitasjonsfelt. For å bevise dette har astronomer lagt merke til at ansamlinger av mørke stoffer i galakse klynger har en gravitasjonspåvirkning på lys fra fjernere objekter som tilfeldigvis går forbi. Denne såkalte "gravitasjonslinseeffekt" har blitt observert mange ganger.

Selv om ingen kjent materie oppfyller alle kriteriene for kald mørk materie, er minst tre teorier fremmet for å forklare CDM (hvis de eksisterer).

• Svakt samvirke massive partikler: Også kjent som pyser, disse partiklene oppfyller per definisjon alle behovene til CDM. Det er imidlertid aldri funnet at noen slik partikkel eksisterer. WIMP-er har blitt den overordnede betegnelsen for alle kandidater med kald mørk materie, uavhengig av hvorfor partikkelen antas å oppstå.
• Axions: Disse partiklene besitter (i det minste marginalt) de nødvendige egenskapene til mørk materie, men av forskjellige grunner er sannsynligvis ikke svaret på spørsmålet om kald mørk materie.
• Machos: Dette er en forkortelse for Massive Compact Halo-objekter, som er gjenstander som svarte hull, eldgamle nøytronstjerner, brune dverger og planetariske gjenstander. Disse er alle ikke-lysende og massive. Men på grunn av deres store størrelser, både når det gjelder volum og masse, ville de være relativt enkle å oppdage ved å overvåke lokaliserte gravitasjonsinteraksjoner. Det er problemer med MACHO-hypotesen. Den observerte bevegelsen av galakser er for eksempel ensartet på en måte det vil være vanskelig å forklare om MACHOer forsynte den manglende massen. Videre vil stjerneklynger kreve en veldig jevn fordeling av slike objekter innenfor deres grenser. Det virker veldig usannsynlig. Også det store antallet MACHO-er som måtte være ganske stort for å forklare den manglende massen.

Akkurat nå har mysteriet med mørk materie ingen åpenbar løsning ennå. Astronomer fortsetter å designe eksperimenter for å søke etter disse unnvikende partiklene. Når de finner ut hva de er og hvordan de er fordelt over hele universet, vil de ha låst opp et annet kapittel i vår forståelse av kosmos.