Ny teori: Mørkt stof blev dannet i sekundet efter Big Bang
Ifølge den nye teori har forskerne hidtil overset det mest simple matematiske scenarie for oprindelsen af mørkt stof.
Mørkt stof Big Bang partikelfysik elementarpartikler Higgs-partiklen teori sammenklumpninger skalarfelt astronomi tyngdekraft Euclid-satelitten univers galaksehob stjerne

Forskerne leder efter mørkt stof i ligningerne, i eksperimenter og ved at observere strukturen i universet. (Illustration: Shutterstock)

Forskerne leder efter mørkt stof i ligningerne, i eksperimenter og ved at observere strukturen i universet. (Illustration: Shutterstock)

Forskerne har beregnet, at hele 80 procent af al massen i universet må bestå af noget ukendt – såkaldt mørkt stof.

Hvad er det, og hvordan opstod det?

I en ny forskningsartikel i tidsskriftet Physical Review Letters præsenterer Tommi Tenkanen, postdoc i fysik og astronomi ved Johns Hopkins University i USA, en ny model for, hvordan mørkt stof blev til, samt hvor forskerne skal lede.

Gennem matematiske beregninger viser han, at mørkt stof muligvis blev skabt i løbet af den kosmiske inflation, som er sekundet efter Big Bang, hvor universet udvidede sig med voldsom fart.

På det tidspunkt var universet 0,0000000000000000000000000000000001 sekunder gammelt (og for at du ikke selv skal tælle, så er det 34 decimaler) og pludselig mindst 90 gange større end før Big Bang.

Efter inflationen fortsatte universet med at udvide sig, dog ikke helt så hurtigt. Senere kølede det af, og mørkt stof blev dannet.

I løbet af det første kvarter blev hydrogen- og heliumatomkernerne dannet, og da universet var cirka 400.000 år gammelt, blev elektronerne indfanget af atomkernerne, så de dannede atomer.

Dét, som fandt sted, i løbet af sekundet efter universet blev skabt, har forskerne en ganske god ide om. Men dét, som skete før, giver stadig fysikerne grå hår i hovedet. 

LÆS OGSÅ: Hvad er mørkt stof?

'Ældre end Big Bang'?

Den kosmiske inflation førte måske til dannelsen af en særlig slags partikler, såkaldte skalar, det vil sige partikler, som ikke har noget spin. 

Kun én sådan partikel er kendt: Higgs-partiklen.

»Vi ved ikke, hvad mørkt stof er, men hvis det har noget med skalarpartikler at gøre, så kan det faktisk være ældre end Big Bang,« siger Tommi Tenkanen i en pressemeddelelse fra Johns Hopkins University.

Når Tommi Tenkanen bruger betegnelsen 'ældre end Big Bang', er det et spørgsmål om, hvor man definerer 'Big Bang'.

»Tommi Tenkanen taler om Big Bang som perioden efter inflationen. Der er nok en del, som vil være enige med ham, når det gælder begrebsbrug; andre vil sige, at inflationen også er en del af Big Bang,« siger fysiker og professor ved Universitetet i Oslo, Are Raklev, til forskning.no, Videnskab.dk’s norske søstersite.

LÆS OGSÅ: Eksisterer mørkt stof overhovedet?

Ny teori: Forskerne har overset det mest simple matematiske scenarie

»Hvis mørkt materiale virkelig var tilbage efter Big Bang, så burde forskerne have fundet det i eksperimenter allerede,« siger Tommi Tenkanen.

Han mener, at det muligvis blev dannet i løbet af inflationen og har derfor udarbejdet matematik, som understøtter det.

»Det nye studie viser, at forskerne har overset det mest simple matematiske scenarie for oprindelsen,« siger han.

Ifølge Are Raklev er Tommi Tenkanens teori ny.

»Han bruger en ganske enkel model af mørkt stof og argumenterer for, at det er et forhold mellem den klassiske teori og de kvantemekaniske effekter, som sammen formår at skabe mørkt stof. Og det er jo interessant,« siger Are Raklev.

For at få teorien til at passe bruger Tommi Tenkanen såkaldte skalarfelter.

»Her findes mange dårlige jokes. En kendt kosmolog plejede i mange år at holde foredrag om kosmologi. Han talte om, hvordan man kunne svare på de store spørgsmål om mørk energi, inflation og mørkt stof med forskellige modeller, som benyttede skalarfelter. Da han var færdig med at fortælle om det, viste han en slide med titlen 'Alle de kendte skalarfelter'. Det var en helt blank side,« siger Are Raklev.

»Men nu kan vi ikke bruge den joke mere, fordi vi har fundet et elementært skalarfelt, Higgs. Men det, han prøver at sige, er, at vi hovedsagligt bruger skalarfelterne, fordi de er lette at regne med. Problemet er bare, at partikelfysikerne har et andet forhold til skalarfelterne, fordi vi ikke tænker på dem som felter, men som partikler. Vi synes, der er en masse problemer med skalarfelter.« 

For det er ikke helt let for fysikerne at definere, hvad en partikel egentlig er.

LÆS OGSÅ: Hvor i universet skete Big Bang?

Muligt at teste ved at observere universet

Det er faktisk muligt at teste, om Tommi Tenkanens teori stemmer overens med observationer af, hvordan mørkt stof er fordelt i universet.

»Selv om denne slags mørkt stof er for undvigende til at blive fundet i partikeleksperimenter, kan det afsløre sin tilstedeværelse i astronomiske observationer. Vi vil snart lære mere om det mørke stofs oprindelse, når Euclid-satelitten bliver skudt op i 2022. Det bliver rigtig spændende at se, hvad den vil afsløre om det mørke stof, og om fundene kan bruges til at kigge ind i tiden før Big Bang,« siger Are Raklev.

Han fortæller, at strukturformen i det tidlige univers siger noget om, hvordan det mørke stof har klumpet sig sammen.

»Det er noget, vi kan studere i dag. Sammenklumpningen er årsag til, at vi eksisterer. For at få stjerner er der nødt til at være områder i universet, som er lidt tættere end andre, så de trækker sig sammen under tyngekraften,« forklarer Are Raklev.

Fordi vi antager, at det meste af universet er mørkt stof, så må størstedelen af sammenklumpningerne også være sammensklumpninger af mørkt stof,« fortsætter han.

I denne forbindelse er det interessant at se på dannelsen af galakser, og på hvordan galakserne er fordelt på en stor skala - hvordan de danner galaksehobe.

Det skalarfelt med tilhørende partikel, som Tommi Tenkanen foreslår, er nemlig meget svær at detektere på nogen som helst måde.

»Det er den store skræk ved mørkt stof - at det kun har gravationelle interaktioner med resten af universet. For så vil det blive næsten umuligt at finde - vi vil kun se aftrykket.«

Så partikelforskerne håber på noget andet?

»Ja, vi håber på noget lidt andet.«

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.

LÆSOGSÅ: Big Bang – en øjenvidneberetning

LÆS OGSÅ: Podcast: 85 procent af vores univers består af mørkt stof, som vi ikke aner, hvad er

LÆS OGSÅ: Er der konkurrenter til Big Bang-teorien?

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.



Det sker