Nattehimlen er i dag hjemsted for lysende stjerner, der består af almindeligt, velkendt stof. Astronomerne regner med, at der tidligere i universets historie også har eksisteret stjerner, der bestod af det mystiske mørke stof, som man mener udgør en fjerdedel af universets masse.

Det er endnu et stort mysterium, hvilken type partikler det mørke stof består af. Buddene er mange, og hver mulig kandidat har sine egne karakteristiske egenskaber og opførsel. Nu er en amerikansk forskergruppe kommet med et konkret bud på, hvilke former for mørkt stof, der er velegnede og uegnede til at forme mørke stjerner.

»Ikke alle former for mørkt stof er i stand til at forme mørkt stof. Lykkedes det at finde mørke stjerner, sladrer de om det mørke stofs natur,« siger astronomen bag studiet Paoblo Gondolo fra University of Utah i USA.

Mørke stjerner lyser

Betegnelsen mørke stjerner er på en måde misvisende, forklarer han, fordi sådanne stjerner faktisk ville udsende en form for lys og dermed burde kunne ses med teleskoper.

Det mørke stof vil ikke udgøre hele stjernen men befinder sig inde i stjernens indre, hvor det presses hårdt sammen af tyngdefeltet. Det sætter gang i en proces, hvor det mørke stof omdannes til energi i form af lys, der er karakteristisk for det mørke stof.

Sådanne stjerner er endnu ikke observeret, men Paoblo Gondolo og hans kolleger sætter deres lid til Hubble-teleskopets afløser James Web, der ifølge planen skal opsendes i rummet i 2014.

»Hvis vi kan finde beviser for mørke stjerner, eller hvis vi omvendt kan sige, at de ikke findes, så er vi blevet meget klogere på det mørke stof og dets egenskaber,« siger han.

Mørkt stof-partikler omdannes til energi

Stjerner, der består af mørkt stof, lyser fordi partikler af mørkt stof presses sammen og omdannes til energi i form af lys.

Grunden til, at den proces kan finde sted er, at enhver partikel ifølge de fysiske love har en partner i form af en antipartikel. Partikel og antipartikel ligner hinanden på en prik på nær nogle små forskelle på nogle ganske få punkter. Kommer de tilstrækkeligt tæt på hinanden, omdannes de omgående til lys.

Det særlige ved mange former for mørkt stof er, at to fuldstændigt ens partikler opfører sig som hinandens partnere, og optræder der tilstrækkeligt tætte klumper af mørkt stof, vil partiklerne af mørkt stof altså forsvinde i en såkaldt anihilationssproces under udsendelse af lys.

I dag er tætheden i universet for lav til at den proces kan finde sted. Betingelserne var til gengæld til stede i det unge univers, hvor verdensrummet var mindre og hvor universets masse var pakket tættere sammen.

Populær kandidat duer ikke

En populær kandidat til en mørk stof-partikel er axionen - en hypotetisk partikel, der falder ud af fysikkens fundamentale ligninger, men som altså endnu ikke er observeret. Den er elektrisk neutral, har en lille masse og er meget svagt vekselvirkende med det omkringliggende stof, som den suser forbi.

Vi har i nogle år vist, at mørkt stof kan give energi til tidlige stjerner, så stjernerne ikke behøver bruge
deres egen brændsel for at brænde. Det er sådan set ret smart. Det er altså almindelige stjerner, der bliver madet med energi fra mørkt stof

»Vores studier viser, at axionen ikke er velegnet til at danne mørke stjerner. Partiklens egenskaber duer ikke i forhold til at kunne få stjernerne til at lyse. Hvis mørke stjerner nogensinde bliver observeret, er axionerne altså udelukket som en kandidat til det mørke stof,« siger han.

En anden mulig kandidat til det mørke stof er de berømte WIMP-artikler. Disse artikler er meget tunge, hvilket kan forklare, hvorfor det mørke stof ser ud til at udgøre så stor en del af universets samlede masse.

Den letteste partikel er den mest egnede

Nogle former for WIMPS er ifølge Paoblo Gondole betydeligt mere velegnede til at kunne danne mørke stjerner. Den bedste kandidat er efter hans overbevisning den såkaldte neutralino, som er den letteste form for WIMPS og som derfor også er dem, der er størst chance for at observere.

»Neutralinoer ser ud til at kunne være effektive til at danne mørke stjerner,« pointerer Gondolo.

Lektor i kosmologi Steen H. Hansen fra Darc Cosmology Centre på Københavns Universitet er ikke overrasket over resultaterne.

»Vi har i nogle år vist, at mørkt stof kan give energi til tidlige stjerner, så stjernerne ikke behøver bruge deres egen brændsel for at brænde. Det er sådan set ret smart. Det er altså almindelige stjerner, der bliver madet med energi fra mørkt stof,« siger han, hvorefter han giver sig til at reflektere over de forskellige muligheder. Hvis mørkt stof består af supersymmetriske partikler, så er 'dark stars' faktisk næsten en oplagt mulighed. Hvis det derimod består af sterile neutrinoer, hvilket er Steen H. Hansens subjektive favorit, så findes der ikke mørke stjerner. »Nu bliver det rigtigt spændende at forsøge at observere disse dark stars, for at se om det mørke stof skulle bestå af supersymmetriske partikler. Det er jo blandt andet sådanne partikler som eksperimentalisterne i CERN forsøger at finde,« slutter han. Resultaterne er for nylig publiceret i det videnskabelige tidsskrift Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.