Usynlige legoklodser - om mørkt stof i Universet

Recommendations

Info

Den letteste sterile neutrino en fin kandidat til det mørke stof. Endnu er det ikke lykkedes at indarbejde tyngdekraften i Standardmodellen. Der har dog været adskillige forsøg, og en del af dem ender med ekstra sammenkrøllede dimensioner og nogle partikler kaldet axioner. Med de rigtige modelparametre kan axionerne udgøre det mørke stof. Det er endda muligt at have b˚ade ekstra dimensioner og supersymmetri p˚a en gang og s˚a bliver axionens superpartner, axinoen, ogs˚a en kandidat til det mørke stof. Som det fremg˚ar af ovenst˚aende findes der en hel zoologisk have af kandidater til det mørke stof, s˚a det er ikke mangel p˚a kandidater, der holder os tilbage. Problemet ligger i at observere noget der befinder sig millioner af lys˚ar væk og ikke lyser. Indtil videre har vi kun beskæftiget os med de inddirekte observationer af mørkt stof det vil sige effekten af dets tilstedeværelse p˚a det lysende stof, men der findes ogs˚a andre metoder. Direkte detektion Ligesom alle de 300 mia. andre stjerner i Mælkevejen bevæger Solen sig rundt om galaksens centrum i cirkelbaner med en hastighed p˚a ca. 220km/s. Det betyder, at vi bliver slynget gennem galaksens halo af mørkt stof som vist p˚a Fig. 7. Dermed m˚a vi ogs˚a støde ind i mørkt stof partikler. Vi kender kun energitætheden af det mørke stof, s˚a det præcise antal partikler vi rammer afhænger af deres masse, men det er af størrelsesorden et par stykker pr. liter. Ligesom med neutrinoerne, som kun vekselvirker ganske svagt, mærker vi ikke denne bombardering af partikler. Men hvis der er bare en lille vekselvirkning, kan man bygge meget følsomme detektorer, der kan m˚ale sammenstødet mellem atomkerner og mørkt stof. Desværre vil der være mange flere sammenstød fra almindeligt stof end fra mørkt stof, s˚a man er nødt til at kende baggrunden og sin detektor enormt godt. Endnu er der ikke nogen, der har detekteret det mørke stof direkte, men en ‘ìkke-detektion” er ogs˚a et resultat, fordi det tillader os at sige noget om hvor meget det mørke stof m˚a vekselvirke med almindeligt stof. Figure 7: Solen bevæger sig gennem Mælkevejens halo af mørkt stof s˚a vi bombarderes med mørkt stof partikler (http://astro.temple.edu/ ˜martoff/sagenap/galaxy.gif). 6
Mørkt stof der ikke er helt mørkt En anden mulighed er at det mørke stof kan henfalde eller, hvis det er sin egen antipartikel, annihilere. Middellevetiden skal bare være tilstrækkelig stor til at der stadig er masser af det mørke stof tilbage i dag, selv om det blev dannet kort efter Big Bang. Neutralinoen, som er den bedste supersymmetriske kandidat til det mørke stof, er sin egen antipartikel og dermed et godt eksempel p˚a annihilationer. Selv om neutralinoerne ikke annihilerer direkte til fotoner, er en del af slutproduktet altid fotoner, som p˚a grund af neutralinoens masse vil have bølgelængder svarende til gammastr˚aling. Det præcise signal fra det mørke stof vil afhænge af den specifikke model. For supersymmetriens vedkommende kan vi h˚abe at LHC 2 vil fortælle os mere om de tilladte parametre og dermed hvilket signal vi skal lede efter. Gammastr˚aler er meget energirige og derfor teknisk svære at detekterer fordi de fleste materialer er gennemsigtige for s˚a kortbølget str˚aling. Det kan være en af forklaringerne p˚a hvorfor man endnu ikke har detekteret det svage (men mulige) lys fra annihilerende mørkt stof. Der er heldigvis mere følsomme teleskoper p˚a vej. G˚ar alt efter planen opsender NASA deres nye gamma-teleskop GLAST 3 til maj. Det skal kortlægge hele himlen i gammastr˚aling og vil dermed hjælpe os i jagten p˚a identiteten af det mørke stof. Følsomheden af GLAST er 17 gange bedre end forgængeren EGRET 4 og den rumlige opløsning er mere end dobbelt s˚a god. Den rumlige opløsning er vigtigt, fordi vi ikke ved ret meget om hvor klumpet det mørke stof er fordelt i galaksen. Hvis det klumper meget, vil der være større sandsynlighed for at det annihilerer i klumperne, da tætheden er større og sandsynligheden for annihilationer er proportional med kvadratet p˚a tætheden. Usynlige legoklodser Selv om vi ikke ved hvor meget det mørke stof klumper i galakserne, ved vi en del om hvordan det klumper p˚a større skala. Vi har set at det mørke stof dominerer tyngdekraften i galakser og galaksehobe, s˚a hvis vi antager at det mørke stof tiltrækker og fastholder det lysende stof, kan vi bruge det til at spore fordelingen af det mørke stof. P˚a Fig. 8 ses et plot af positionen og afstanden til ca. 200.000 galakser i en “skive” af himlen fra galaksetællingen 2dF 5 . Det er helt tydeligt at galakserne ikke er jævnt fordelt, men klumpet sammen i strukturer. Dermed m˚a det mørke stof ogs˚a være klumpet i strukturer. Fig. 9 viser en computersimulering af strukturdannelsen i Universet, og man ser tydeligt samme slags struktur som for galakserne p˚a Fig. 8. Uden at inddrage det mørke stof i simulationerne og ligningerne, kan man ikke reproducere de observerede strukturer, s˚a det mørke stof er nødvendige, men usynlige, legoklodser i Universet. Der er andre teorier, der kan forklare enkeltst˚aende observationer s˚asom rotationskurver, gassen i galaksehobe, strukturdannelsen mv., men endnu er det kun det mørke stof, der kan forklare alle observationerne tilfredsstillende. Det har s˚a den ulempe at vi ikke aner, hvad det er, men vi lever i en spændende tid, hvor vi forh˚abentlig kommer svaret nærmere. Og selv uden at kende identiteten af det mørke stof, kan vi sagtens g˚a ud en stjerneklar aften og lade os 2 Large Hadron Collider ved CERN 3 Gamma ray Large Area Space Telescope 4 Energetic Gamma Ray Experiment Telescope 5 2 Degree Field Galaxy Redshift Survey 7
Page 1 and 2: Usynlige legoklodser - om mørkt st
Page 3 and 4: af den meget almindelige galaksehob
Page 5: Figure 5: Bullet Cluster: Til venst

Usynlige legoklodser - om mørkt stof i Universet

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?