Det kan godt være, du ikke vidste, at du manglede det. Men en stor del af al stof i universet er faktisk ‘forsvundet’. Helt almindelige grundstoffer, som burde eksistere ifølge fysikernes teorier, men som bare er pist væk.
Det manglende stof har været et mysterium i knap tre årtier, men nu har forskere påvist, at det gemmer sig ude i det intergalaktiske rum – det kæmpestore mellemrum mellem galakserne.
»Vi vidste fra målinger af Big Bang, hvor meget stof der fandtes ved universets begyndelse. Men når vi kiggede ud i nutidens univers, kunne vi ikke finde halvdelen af det stof, som burde være der. Det var lidt pinligt,« fortæller studiets førsteforfatter, professor Jean-Pierre Macquart, i en pressemeddelelse, som påpeger, at forskerne nu har »fundet alt det manglende ‘normale’ stof.«
Det er IKKE mørkt stof
Selvom forskerne længe har haft en stærk mistanke om – og en del indikationer på – at det manglende stof gemte sig ude i det intergalaktiske rum, er det nye fund både vigtigt og spændende, mener professor Johan Fynbo.
»Mange har sikkert hørt, at vi har problemer med at finde universets mørke stof (se faktaboks, red). Men faktisk er der også en stor del af det helt normale stof i universet, som vi ikke har været i stand til at finde. Det er brint, helium og andre helt almindelige grundstoffer, der er forsvundet,« fortæller Johan Fynbo, som er astrofysiker ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og ikke har været en del af det nye studie i Nature.
Studiets resultater er populært formidlet i videoen herunder.
\ Mørkt stof, mørk energi og almindeligt stof
En stor del af universet består af en type stof og energi, som fysikerne endnu ikke forstår eller kan måle. Denne ukendte del af universet kalder man mørkt stof og mørk energi.
Fysikerne anslår, at mørkt stof udgør 25 % af universet, mens mørk energi udgør 70 % af universet.
‘Almindeligt’ stof – de grundstoffer, som vi selv, Jorden, stjernerne og alt fra vores hverdag er opbygget af – udgør altså kun 5 % af universet.
Men selv de 5 % af det normale stof, som findes i universet, har været svært for forskerne at finde.
Men i et nyt studie har forskere lavet målinger, som er i overensstemmelse med teorien om, at det ‘manglende’ almindelige stof befinder sig ude mellem galakserne.
Svært at finde
Blandt fysikere bliver det normale stof også kaldt for baryonisk stof, og selvom det kan lyde ukendt, er der i virkeligheden bare tale om den slags stoffer, som dit hus, din cykel, din kat, Solen, Månen og stjernerne består af.
Problemet er bare, at det kan være svært at observere og måle de baryoniske stoffer, når de flyder rundt ude mellem fjerne galakser.
»Det intergalaktiske rum er meget stort og tomt. Det manglende stof svarer til kun en eller to atomer i et rum på størrelse med et kontor. Så det var meget svært at finde dette stof ved hjælp af traditionelle teknikker og teleskoper,« påpeger Jean-Pierre Macquart, som er professor ved Curtin University i Australien i pressemeddelelsen.
Udnytter radioglimt
For at lokalisere det manglende stofs gemmested, gjorde forskerne brug af et utraditionelt værktøj: De såkaldte korte radioglimt – på engelsk kendt som Fast Radio Bursts (FRB).
Disse radioglimt er ekstremt kortvarige radiosignaler, som kommer fra rummet. Forskerne har først for relativt nyligt – i 2007 – opdaget de korte radioglimt, og det er fortsat uklart præcist, hvordan de bliver skabt. Derfor har de igennem tiden været omgærdet af en del mystik og vilde teorier (læs mere i artiklen Mystiske radioglimt stammer fra ekstremt miljø i fremmed galakse)
»I dag er vores bedste bud, at de korte radioglimt bliver skabt på overfladen af neutronstjerner, som er nogle ekstremt kompakte og tunge stjerner,« siger Johan Fynbo og henviser blandt andet til spritnye målinger af et muligt radioglimt, som stammer fra en neutronstjerne i vores egen galakse.
»I starten vidste vi ikke, om der var tale om et sjældent fænomen, men nu vælter det efterhånden ind med målinger af korte radioglimt.«
Sådan gjorde de
De mystiske radioglimt er altså ikke længere helt så sjældne eller mystiske. Men hvordan kan de bruges til at opspore universets forsvundne stof?
Johan Fynbo forklarer, at de korte radioglimt kan være et redskab til at ‘se’ ud i universets fjerne egne, fordi har rejst hen imod os gennem milliarder af år. Før de nåede frem til os på Jorden, har de altså rejst fra deres hjemsted i en fjern galakse og igennem det intergalaktiske rum; der, hvor forskerne længe har været overbeviste om, at det manglende stof gemmer sig.
»De korte radioglimt kan give informationer om, hvad de har mødt på deres vej. De kan altså fortælle os om, hvor meget stof der er i området mellem os og det sted, hvor de blev skabt,« forklarer Johan Fynbo.
Som en regnbue
Forskerne udnytter, at radiosignaler rejser gennem rummet som bølger, ligesom lyset. Når bølgerne møder det ‘manglende’ stof ude i det intergalaktiske rum, vil det påvirke deres hastighed på en meget specifik måde, forklarer Johan Fynbo.
»Det er det samme, som sker i en regnbue, hvor lyset møder regndråber og bliver spredt ud i forskellige farver. Den proces kalder vi dispersion,« siger han.
Ved at måle på dispersionen af radiobølgerne fra i alt seks korte radioglimt, har forskerne altså regnet sig frem til, hvor meget stof de korte radioglimt har mødt på deres vej gennem det intergalaktiske rum. Og dermed har de beregnet tætheden af stof i det intergalaktiske rum.
»Deres målinger passer med, hvor meget stof der burde være ifølge teorien om Big Bang,« påpeger Johan Fynbo.
\ Hvorfor mangler vi stof?
Teorien om Big Bang (Big Bang-nukleosyntesen) kan forudsige, hvor meget stof der burde være i universet (tætheden af stoffet).
Det samme kan den kosmiske baggrundsstråling (CMB), som er en baggrundsstråling af mikrobølger fra verdensrummet.
CMB anses for at være en ’gløden’ fra Big Bang, idet den blev skabt i universets tidligste barndom – kun omkring 380.000 år efter Big Bang.
Ud fra observationer af den kosmiske baggrundsstråling kan forskere estimere, hvor meget stof der totalt set findes i universet.
Men når forskerne tæller og sammenlægger galakser, stjerner, sorte huller og andet kendt stof i universet kan de langt fra få regnskabet til at stemme – der mangler en stor portion stof.
Det har længe været en teori, at dette manglende stof gemte sig i det intergalaktiske rum.
Mysteriet er løst….
De ekstremt præcise målinger er primært lavet med et radioteleskop i Australien kaldet Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP).
I pressemeddelelsen fra forskerne bag studiet, kan man læse, at de avancerede målinger har betydet, at mysteriet om universets manglende stof nu endelig er blevet løst.
»Opdagelsen af korte radioglimt og deres ophav i fjerne galakser var nøglen til de gennembrud, som var nødvendige for at løse dette mysterium,« udtaler studiets medforfatter, professor J. Xavier Prochaska fra University of California Santa Cruz, i pressemeddelelsen.
…Endnu en gang
Det hører imidlertid med til historien, at det ikke er første gang, at forskere har været i stand til at måle det manglende stof ude blandt galakserne.
Og heller ikke første gang forskere har erklæret, at de endelig har løst mysteriet og fundet det sidste, manglende stof.
»Astronomer har endelig fundet universets manglende stof,« lød en af overskrifterne eksempelvis i 2018, da en anden forskergruppe offentliggjorde deres fund af det bortkomne stof i Nature.
Dengang udnyttede forskerne imidlertid et andet fænomen til at finde det manglende stof: De såkaldte kvasarer, som er nogle af de mest lysstærke objekter i universet og nogle af de fjerneste objekter, som vi kan observere.
»Kvasarer er en slags fyrtårn, som lyser op i universet, og på samme måde som med de korte radiobølger kan man bruge dem til at lære noget om, hvad der findes i det intergalaktiske rum,« forklarer Johan Fynbo.
Plasma mellem galakser
Det manglende stof i det intergalaktiske rum har været svært at måle og observere, fordi det ikke befinder sig i samme velordnede tilstand, som de grundstoffer, vi omgiver os med i dagligdagen.
»Det er ikke i samme form, som du kender et atom, der er opbygget af små ladede partikler. Atomet er rykket i stykker, og de ladede partikler er skilt ad – de er ioniserede. Så ude i det intergalaktiske rum er stoffet i en form for plasma,« forklarer han.
»Problemet er, at det plasma er svært at se, men nu begynder vi alligevel at kunne måle det og få bedre styr på det.«
