Alt vi kan se omkring os – vi mennesker, planeten vi bor på, stjernerne på himlen og det støv og gas, stjernerne dannes af – kaldes for almindeligt eller baryonisk stof. Men størstedelen af stof i vores univers er ikke baryonisk stof, men mørkt stof. Vi bruger ordet mørkt, fordi stoffet ikke udsender lys, og vi ved ikke, hvad det mørke stof egentlig består af.
Vi kan ikke se det, fordi det hverken udsender, reflekterer eller absorberer lys. Det er altså ikke så meget mørkt, som det er gennemsigtigt eller usynligt.
Der er cirka fem gange mere mørkt stof i universet, end der er almindeligt stof. Man har opdaget det mørke stof, fordi der ikke er nok af det synlige stof til at holde sammen på galakserne. Galakserne roterer nemlig så hurtigt, at de ville blive revet fra hinanden, hvis der ikke var noget mere, der via tyngdekraften holdt sammen på det hele.
Hvordan observerer man noget, der er usynligt? Det har længe været noget, som astronomer har kæmpet med, men hvis mørkt stof omkring tunge sorte huller kan resultere i gammastråler, kan forskerne få en ny metode til at undersøge det mystiske stof.
Mørkt stof skaber gammastråling
Gammastråling er elektromagnetisk stråling med meget høj energi. Normalt bliver gammastråler dannet ved kernereaktioner, for eksempel annihilation, når en elektron og en positron (en anti-elektron) kolliderer og danner en foton. Selvom man ikke ved, hvad mørkt stof er lavet af, har man nogle teorier.
Og hvis partiklerne er det, man kalder supersymmetriske (en kvantemekanisk teori), kan de annihilere og skabe gammastråler. På den måde kan man observere det mørke stof indirekte.
Forskerne har lavet en computermodel, der viser partiklers vej til et sort hul. For nylig har de modificeret modellen til mørkt stof.
Computermodellen viser, at de subatomare partikler (partikler mindre end atomer) bliver fanget af det sorte huls tyngdekraft og begynder at rotere om hullet. Det er her, at nogle af de mørke partikler kolliderer og udsletter hinanden. I den proces kan der skabes gammastråling, hvis partiklerne er supersymmetriske.
Det går mod al intuition, at strålingen kan undslippe det sorte hul, men det er hvad computermodellerne viser. Normalt vil gammastrålerne falde ind i det sorte hul, men det er en undtagelse: Hawking-fordampning.
Hawking-fordampning gør det muligt for gamma-foton at slippe væk
I 1969 viste astrofysikerne Stephen Hawking og Roger Penrose, at hvis to fotoner bliver skabt tæt på et sort hul, så er det muligt for den ene af dem at undslippe, mens den anden bliver indfanget af hullet.
Vi har ofte hørt om, at intet kan undslippe et sort hul. Og det er også rigtigt, når det kommer til det, som sker inden for den såkaldte begivenhedshorisont.
I dette tilfælde har man set på det stof, der ligger lige uden for begivenhedshorisonten, men stadig er fanget af tyngdekraften fra det sorte hul. Det vil sige, at det er tvunget til at rotere i samme retning som det sorte hul selv. I denne zone er det dog stadig usandsynligt, at partikler kan undslippe tyngdekraften, men med Hawking-fordampning kan én af de to dannede gamma-fotoner altså undslippe.
Den undslipper ved at stjæle noget af den anden fotons energi, og faktisk også en meget lille smule af det sorte huls energi.
De nye computermodeller viser forskellige mulige ruter, som de dannede gammastråler kan have væk fra det sorte hul. Modellerne viser også, hvilke scenarier der er mere sandsynlige for dannelse af gammastråler, og ikke mindst i hvilke scenarier, der er størst sandsynlighed for at de undslipper.
Observationerne mangler
Med de resultater i baghånden kan man nu begynde at lede efter gammastrålingen fra mørkt stof. Man forventer, at strålingen vil være meget svag i forhold til andre kilder, der udsender gammastråling, men jo større det sorte hul er jo større vil signalet også være.
Der er dog stadig mange antagelser, der skal vise sig at være rigtige, før man kan observere gammastrålingen. Her er den største nok, at man slet ikke er sikker på, om mørkt stof overhovedet danner gammastråler ved annihilation.
