Det udgør 80 procent af Universets samlede masse og er usynligt for det blotte øje. Hvad er det?
Astronomerne ved det stadig ikke og kalder det derfor konsekvent for 'mørkt stof'. Men nu har danske kosmologer igennem omfattende studier af i alt 16 galaksehobe afsløret en helt unik egenskab ved det mørke stof, som én gang for alle slår fast, at det er noget helt for sig selv. Det kan på ingen måde bestå af almindelige, velkendte stofpartikler.
Opdagelsen er netop offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal.
»Som de første i verden har vi målt en bestemt egenskab ved mørkt stof, som viser, at det opfører sig fundamentalt anderledes end almindeligt stof. Det viser, at mørkt stof må bestå af en hidtil ukendt type partikler,« siger ph.d.-studerende i kosmologi Ole Høst fra Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, der sammen med sin vejleder Steen H. Hansen fra selvsamme forskningscenter har været en af de store drivkræfter i studiet.
En galaksehob består af myriader af galakser, der bevæger sig rundt om det samme centrum. En hvilken som helst partikel i ansamlingen vil følge en sådan rotation og flytte sig om på den anden side af galaksehobens centrum i løbet af omkring 100 millioner år.
De fleste almindelige stofkandidater har været udelukket i et stykke tid,fordi vi har set, at mørkt stof ikke udsender eller optager lys.
Almindelige stofpartikler er karakteriseret ved, at de støder ind i hinanden, hvis afstanden mellem dem bliver tilstrækkeligt lille. Sammenstødene slår de enkelte partikler ud af kurs, så de ikke længere kan 'huske', hvor de kommer fra, og hvor de var på vej hen. Den information, som de enkelte partikler bærer om deres fortid, bliver så at sige slettet fra deres 'hukommelse'. Men kosmologernes studier af galaksehobene viser, at denne opførsel ikke gælder for mørkt stof. Tværtimod så er det mørke stof tilsyneladende det, som man kalder for kollisionsløst, dvs. at dets partikler ikke støder ind i hinanden.
Kosmologerne har længe haft en mistanke om, at det mørke stof netop var kollisionsløst, og derfor har de lavet nogle computersimuleringer af, hvordan partikler med denne egenskab vil opføre sig i tyngdefeltet for en galaksehob.
Herefter har de sammenlignet simuleringerne med deres observationer af, hvordan det mørke stof rent faktisk fordeler sig i galaksehobene.
Sammenligningen viste med al tydelighed, at det mørke stofs partikler ikke støder sammen, men bevæger sig helt uafhængigt af hinanden.
»Det mørke stofs partikler bliver tilsyneladende ved med at følge den samme bane rundt i galaksen, som den hele tiden har gjort og ænser ikke andre partikler. Møder de andre partikler på deres vej, så suser de lige igennem dem. Partiklerne i det mørke stof støder altså ikke ind i hinanden. De bliver ved med at 'huske', hvad der er op og ned og hvilken vej galaksehobens center ligger,« fortæller Steen H. Hansen og giver sig herefter i kast med at visualisere pointen.
Forestil dig, at du spiller pool og skyder en kugle afsted mod en anden kugle, der ligger på midten af poolbordet, siger han. Chancen for at ramme kuglen på bordets midte er ret stor, også selv om du ikke er verdens bedste poolspiller. Men sandsynligheden for at ramme kuglen falder markant, hvis begge kugler er mikroskopisk små. Jo mindre kuglerne er, des mere sandsynligt er det, at du rammer helt ved siden af og til sidst er chancen for at ramme stort set lig nul.
Mørkt stof-partiklerne opfører sig netop som mikroskopiske poolkugler. Almindelige stofpartikler derimod er langt større og har derfor også lettere ved at ramme andre partikler i nærheden.
I løbet af 100.000 år vil de almindelige partikler således være stødt ind i hinanden så mange gange, at de har glemt deres oprindelige bane. Mørkt stof partiklerne derimod støder ikke ind i hinanden. selv om der er gået flere milliarder år.
Det mørke stof har altså en anden adfærd end almindeligt stof, og derfor må det også bestå af en anden slags partikler.
»Almindelige stofpartikler opfører sig ordentligt i forhold til, hvad man forventer ud fra de ligninger, vi har. Men det gør de partikler, der udgør det mørke stof, ikke. De har en helt anden adfærd, og derfor må vi udvidde de eksisterende partikelteorier, så der bliver plads til de nye partikler,« siger han.
Kosmologernes nye måling bekræfter de modeller, som de i forvejen kender for strukturen af mørkt stof i galaksehobe.
Den nye opdagelse fortæller altså noget nyt om, hvad mørkt stof er - eller rettere, hvad mørkt stof ikke er. Forskernes store problem har hidtil været, at de har haft et hav af mulige partikelkandidater at vælge imellem, men ikke har haft den tilstrækkelige viden om mørkt stof til at kunne sortere i dem.
Men nu har kosmologerne slået fast med syvtommersøm at mørkt stof-partiklerne ikke 'snakker' med andre partikler, og det gør sorteringsarbejdet betydeligt lettere. Nu kan de én gang for alle fjerne samtlige af de partikelkandidater fra listen, der udgør almindeligt stof.
Teoretisk set ville der være en mulighed for, at det mørke stof bestod af en hidtil ukendt partikel, der stort set opfører sig som almindelige stofpartikler.
Mørkt stof-partiklerne kunne eksempelvis have været en del af en skyggeverden, det såkaldte 'mirror matter', der reagerer som almindelige stofpartikler, blot med masser og vekselvirkninger, der er en faktor 1-100 gange anderledes.
Men da de danske kosmologer nu har vist, at det mørke stof virkelig har en anden adfærd end almindelige stofpartikler, kan de nu udelukke denne mulighed sammen med mange andre.
»I virkeligheden er vores måling betryggende, for de fleste observationer har indikeret, at det mørke stof opfører sig som 'kollisionløst koldt mørkt stof'og vi har nu bekræftet ved en faktisk måling at det mørke stof vitterligt er kollisionsløst,« siger han og lægger ikke skjul på, at de bedste kandidater til det mørke stof nu er det forskerne kalder en 'steril neutrino' eller en særlig slags 'supersymmetrisk partikel'.
Ingen af disse partikler er fundet endnu. Men i Steen H. Hansens forskergruppe leder kosmologerne lige nu efter signaler fra en steril neutrino, og ved den store partikelaccellerator på Cern, LHC, indleder fysikerne jagten på supersymmetriske partikler til efteråret.
»Hvis partikelfysikerne på Cern finder de supersymmetriske partikler, så er der meget stor sandsynlighed for, at det er disse partikler, der udgør det mørke stof,« slutter Steen H. Hansen.
De danske kosmologer har via to røntgenobservatorier XMM-Newton og Chandra i kredsløb om Jorden studeret i alt 16 galaksehobe, der typisk rummer store ansamlinger af mørkt stof.
Kosmologerne har nøje udvalgt disse galaksehobe fordi de er i harmoni og i ligevægt. Denne tilstand forenkler de fysiske ligninger og gør dem betydeligt lettere at regne på.
Havde kosmologerne valgt nogle galakser, der ikke havde været i ligevægt, så ville ligningerne være blevet uhyggeligt komplicerede.
Forskerne tager temperaturen på mørkt stof
Det fænomen, som de danske kosmologer helt konkret har studeret i galaksehobene, er den såkaldte temperatur-anisotropi. Forestiller man sig, at man laver en kasse ude i periferen af en galaksehob, så kan man måle, at stofpartikler inde i 'kassen' har samme temperatur uanset om man måler den fra højre side, fra venstre side eller forfra.
Rummer kassen derimod mørkt stof-partikler, så er der ifølge forskernes ligninger for det mørke stofs opførsel mulighed for, at det mørke stofs temperatur er forskellig alt afhængig af hvilken side man måler fra.
Den temperaturforskel er en altså en teoretisk mulighed, men det er første gang, at kosmologerne nu har haft held med at observere den direkte. Deres studier viser, at det mørke stofs temperatur altid er størst langs den bane, der går fra galaksehobens centrum og ud igennem 'kassen', og det viser, at mørkt stof-partiklerne kan huske, hvilken vej, galaksehobens centrum ligger.
Partiklerne kan altså huske hvilken vej centret ligger, og derfor må de være kollisionsløse.
Ingen sorte huller?
TekstTV er måske ikke den bedste kilde til videnskabelige opdagelser.
Journalisten har formentlig misforstået (et referat af?) en artikel i 'Astronomy and Astrophysics', hvor der rapporteres om et sjældent tilfælde af en massiv stjerne (ca. 40 solmasser, i den usædvanlige stjernehob - med overmåde mange meget massive stjerner, ved navn 'Westerlund 1'), som man skulle forvente ville kollapse til et sort hul, men som pga. særlige omstandigheder (sandsynligvis et tæt dobbeltstjernesystem) i stedet blev en magnetar (en neutronstjerne med et extremt stærkt magnetfelt).
I artiklen i 'Astronomy and Astrophysics' gøres der endvidere opmærksom på, at konklusionen er baseret på, at forskerne har antaget, at denne stjerne er dannet samtidig med de andre massive stjerner - denne antagelse kan vise sig at være forkert, tiden vil vise det.
supernova vil ikke
sorte huller eksisterer ikke, er det rigtigt ?, det står på tekst tv kanal 5. til alle forskere, rigtig rigtig go arbejdslyst : ) : )
Delvis forklaring
Noget af forklaringen på "hukommelsen" findes i en senere artikelhttp://www.videnskab.dk/content/dk/naturvidenskab/rummets_morke_stof_opforer_sig_som_bisvarme
Usynligt stof(mørkt stof) er
Usynligt stof(mørkt stof) er overalt og disse grundpartikler har hver deres indbyrdes energi som tiltrækker hver enkelt med samme styrke som om de er idbyrdes forbundne og derfor alle holdes på plads i samme indbyrdes afstand .
Tætheden kan da tænkes at variere efter ydre påvirkninger som partiklerne er udsat for i visse områder rummet .
En meget stor tæthed kan give partiklerne en indbyrdes gnidningsmodstand i deres spin og udløse nogen energi som varme og lys .
Ingen ved, hvad det mørke
Ingen ved, hvad det mørke stof består af, men en ting ved vi dog om det mørke stof og det er, at det har et gravitationelt kraftfelt.
Jeg ved godt, at jeg her kommer med en vild vanvittig tanke, om hvad mørkt stof kan være.
Allerførst så vil jeg lige sige, at jeg her opfatter det gravitationelle kraftfelt som værende i lighed med de elektriske og magnetiske kraftfelter. På Jordisk plan er det gravitationelle kraftfelt ikke di-polet ligesom de elektriske og magnetiske kraftfelter er det.
Men det mørke stofs gravitationelle kraftfelt er di-polet, hvorfor enten det elektriske eller magnetiske kraftfelt hos det mørke stof ikke er di-polet og opfører sig som det gravitationelle kraftfelt her hos os.
Det mørke stof ytre sig så med en stråling, som ikke er elektromagnetisk, men derimod enten gravitationelektrisk eller gravitationmagnetisk, hvad så kan forklare, at vi ikke kan se det.
Da det mørke stof tilsyneladende ikke støder sammen, kunne det tredje kraftfelt, som nu ikke er di-polet have den indvirkning, at det mørke stof netop ikke støder sammen og opfører sig på en lidt anden måde end det stof vi normalt kender.
Det kan også være, at partiklerne, netop på grund af den anderledes opbygning af kraftfelter, vil kunne bevæge sig gennem hinanden uden at de af den grund ændre bane.
Vi ved, at elektrisk ladet stofmasser påvirker hinanden, i vores stofverden, men har en anden størrelses virkning end den gravitationelle.
Nu er så spørgsmålet, at dersom det mørke stof er bygget op som jeg her er kommet med af idé, kunne det da tænkes, at det gravitationelle kraftfelt i det mørke stof, stadigvæk har samme styrkeforhold, hvorfor det mørke stof netop vil påvirke vort stof med samme gravitationelle styrke som vort eget gravitationelle kraftfelt.
Styrkeforholdet mellem de tre kraftfelter vil ikke være forskellig fra det mørke stof og så vort stof. Det vil derfor være det di-polet gravitationelle kraftfelt der virker på vort gravitationelle kraftfelt, som ikke er di-polet.
Stod vi med et stykke mørkt stof i et laboratorium, ville vi kunne få det til at virke med de elektriske og magnetiske styrker, ligesom vort stof, men vil dog opføre sig en bitte smule anderledes.
Dette er kun en vild tanke og skal kun tages som en sådan.
Med venlig hilsen
Lars Kristensen
du skriver: Svaret er for
du skriver: Svaret er for sfæriske systemer at det er som om al massen (inden for den radius vi kigger på) var samlet i centrum.
Mit svar er at sådan kan man ikke gøre for galakser, da de har for lidt masse i centrum i forhold til kanten. Man kan tilnærmelsvis gøre det med månen, da solen rummer de meste af solsystemets masse.
Jo, det svarede jeg implicit
Jo, det svarede jeg implicit på, da Newtons lov giver svaret.
Det er ret ligetil, fra Newtons lov, kraft ~ 1/r^2, at regne ud hvordan kraften i udstrakte legemer opfører sig. Svaret er for sfæriske systemer at det er som om al massen (inden for den radius vi kigger på) var samlet i centrum, se e.g. http://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_universal_gravitation
Du kan også prøve at læse en bog om gravitation eller astrofysik, hvor det ofte bliver udledt i stor detalje.
Steen Hansen, du svarede ikke
Steen Hansen, du svarede ikke på spørgsmålet:Hvordan virker så tyngdekraften i en Galaksehob der spredes ud? Ivar Nielsen - www.cosmology-unified.dk
Vi har faktisk målt den
Vi har faktisk målt den totale masse, og dermed den totale gravitation (som funktion af radius) for galaksehobe på 3 forskellige måder. Den ene er med røngtenstråling (som jeg beskrev kort ovenfor), den anden er ved at måle galaksernes bevægelser i galaksehobene, og den tredje er gennem en genial teknik der benytter linse effekten. Disse metoder er helt uafhængige af hinanden, og de de samme resultater. Det er vitterligt et ret imponerende double check.
Ja, vi ved at gravitation er
Ja, vi ved at gravitation er en tiltræknings kraft mellem partikler der går som 1 over radius i anden. Det har vi vist siden Newton, og det har vi målt med imponerende præcision igen og igen.
Undskyld, der skulle
Undskyld, der skulle naturligvis have stået STEEN Hansen. Ivar Nielsen - www.cosmology-unified.dk
Peter Hansen (Citat)I galakse
Peter Hansen (Citat)I galakse hobene kan vi maale den totale masse ved en meget simpel ligning der beskriver gassens opfoersel (som beskriver den hydrostatiske ligevaegt) nemlig gennem en ligevaegt mellem den totale gravitation som opvejes af gassens egen tryk. (Citat slut)"Den totale gravitation" - har man nu fundet ud af hvad tyngdekraft er? Hvordan virker så tyngdekraften i en Galaksehob der spredes ud? Ivar Nielsen - www.cosmology-unified.dk
Astronomien og især
Astronomien og især astrofysikken er fyldt med sådanne fornøjelige (ofte fejlagtige) udtryk, som blev givet kort efter erkendelsen/observationen af noget hidtil ukendt, men før man havde en fornuftig idé om, hvad fænomenet egentlig bestod i. --- Planetarisk tåge: Den udkastede atmosfære fra en døende stjerne. Har absolut ingen forbindelse med planeter, men nogle af dem minder i udseende om en planet i optisk ringe teleskoper. --- Dværgstjerner: Hovedseriestjerne, dvs. ikke i en af kæmpestjerneklasserne, uanset at nogle af dværgstjernerne har større masse end nogle af kæmpestjernerne. --- Tidlig og sen spektralklasse: Fra de tidlige dage, hvor man troede, at stjerner udviklede sig fra de blå, meget varme O-stjerner hen over B, A, F, G, K til klasse M. --- Mørkt stof (dark matter): Stof som ikke udsender målelig elektromagnetisk udstråling, inkl. synligt lys. --- Eller det fuldstændig vildledende "Big Bang", som blev opfundet af astronomen Fred Hoyle og påklistret teorien i 1950 (i en radioudsendelse i BBC) for at latterliggøre Big Bang-teorien, som konkurrerede med (og udkonkurrerede) Hoyles egen teori om Steady State universet.
Steen Hansen. Holder min
Steen Hansen. Holder min teori om at hele mængden af partiklerne "sort stof" kan tænkes at fungere som leder for både gravition og alle universielt forekommende energier . Man opdeler stoffet i to kategorier , men er det ikke mere sandsynligt at det er et hele der i fællesskab besidder en kombineret egenskab på lige fod med et atoms energikombination .
Hej Peter K, elektroner og
Hej Peter K, elektroner og brint har vekselvirkninger som er saa store, at vi let kan maale dem. Disse er f.x. samlet i http://pdg.lbl.gov/
I galakse hobene er gassen saa varm, at brinten er helt ioniseret. Det goer at det er meget let at maale hvor mange elektroner og protoner der er. De udgoer typisk 10 procent af den totale masse. I galakse hobene kan vi maale den totale masse ved en meget simpel ligning der beskriver gassens opfoersel (som beskriver den hydrostatiske ligevaegt) nemlig gennem en ligevaegt mellem den totale gravitation som opvejes af gassens egen tryk. Det er en metode der har vaeret brugt i over 20 aar, og som kun inkluderer velkendt fysik. Det viser sig, at omkring 85 procent af den totale masse er moerk (eller gennemsigtig). Sjovt nok, saa svarer den maengde moerkt stof ret godt med den maengde vi har maalt i hele universet ved observationer af den kosmiske baggrundsstraaling. Haaber ikke jeg blev for teknisk :-)
Her er det nødvendigt at
Her er det nødvendigt at begynde helt forfra. Hvordan beregner I at der er "Mørkt stof" i en galakse?
Eksempel på kollisions-løse stoffer er brintkerner og elektroner. Hvor meget af det "Mørkt stof" udgør de?
Steen Hansen: Citat: ". . .
Steen Hansen: Citat: ". . . muligt at der andre steder i universet er så store (mørk-stof) tætheder, at de mørke partikler begynder at banke sammen", citat slut. Spørgsmål: Hvordan kan man måle ”mørke partikler” der begynder at støde sammen når man ikke ved hvad mørkt stof er? Ivar Nielsen - cosmology-unified.dk
Hej Ivar N, det er i
Hej Ivar N, det er i virkeligheden ret simpelt - i galaksehobe er mørk stof tætheden så lav, at der ingen kollisioner er (det er det vi lige har målt), men det er muligt at der andre steder i universet er så store tætheder, at de mørke partikler begynder at banke sammen. I analogien med poolkugler, så har vi målt at kuglerne er mindre end en vis størrelse (tallet har vi skrevet i den videnskabelige artikel). Helt konkret så har vi målt, at det *ikke* kan være hydrogen der er mørkt stof. Det er det geniale ved videnskab, at man kan afvise modeller ved at lave faktiske målinger...
Selvmodsigende kosmologiske
Selvmodsigende kosmologiske udtalelser er nu sjove! (CITAT) Vidste du at: Kosmologernes nye (temperatur) måling bekræfter de modeller, som de i forvejen kender for strukturen af mørkt stof i galaksehobe”, (citat slut) Spørgsmål: Hvordan kan kosmologerne få en ”mørk-stof”-bekræftelse på forklaringsmodeller der bevisligt ikke kan redegøre for ”mørkt stof”? (CITAT) Den temperaturforskel er en altså en teoretisk mulighed, men det er første gang, at kosmologerne nu har haft held med at observere den direkte, (Citat slut) Spørgsmål: Hvis der er målt en temperaturforskel, så er det vel ikke mere ”en teoretisk mulighed” når kosmologerne har haft held til at måle en forskel? (CITAT) Møder (det mørke stof) andre partikler på deres vej, så suser de lige igennem dem, (Citat slut) Spørgsmål: Hvis det mørke stof ”suser igennem alt”, så vil der ikke være nogen temperaturforskel at måle i ”det mørke stof” da temperaturforskelle afhænger af enten tilført eller afgivet energi! (CITAT af STEN HANSEN: ". . . visse steder i Universet være så stor tæthed at mørke partikler lyser helt op" og "dark burners" der afbrænder mørkt stof? (Citat slut) Helt ærligt: Er der ingen grænser for hvad en kosmolog kan tillade sig at tilføje sin forklaringsmodel af selvmodsigende mærkværdigheder for at Universet skal passe til kosmologernes forklaringsmodeller? – I min optik er ”mørkt stof” bare Hydrogen der ikke er blevet aktiveret og dermed ikke oplyst. Ivar Nielsen – www.cosmology-unified.dk
Hej Iver S, du har helt ret,
Hej Iver S, du har helt ret, at gennemsigtigt stof ville have været et bedre ord, men mindre sejt :-) Hvis nu det viser sig, at mørkt stof er en supersymmetrisk partikel (som de leder efter ved LHC i CERN) så kan 2 sådanne mørke partikler en gang imellem ramle sammen, og så kan vi se det sammenstød. Det er ovenikøbet vist, at hvis vi er rigtig heldige, så kan der visse steder i Universet været så stor tæthed af mørke partikler at området lyser helt op - faktisk taler man ligefrem om "dark burners" som er stjerner der endnu ikke behøver at brænde deres normale partikler, men stadig lyser ved at brænde det mørke stof, se e.g. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0702654
"Mørkt stof" er dog det mest
"Mørkt stof" er dog det mest visvisende navn man kan give dette stof der jo tværtimod er usynligt gennemsigtigt . Hvis det i ordets betydning var mørkt stof kunne vi ikke se det mindste omkring os , idet vi og alt andet i universet befinder os midt i det . Det er overalt som en grundbestanddel og er byggestenene til alle former for partikler i universet .. Når man visvisende har døbt det "sort stof" er det udelukkende fordi vi ikke kan få respons på vore udsendte signaler i form af lys , eller andre bølger . Dette skyldes stoffets mangel på reflektionsevne og uden tilbagekastning af lys bl.a. fremstår som et område i universet der tilsyneladende er fyldt ud med et "mørkt stof" og ikke som tilfældet er---et gennemsigtigt stof .