Mørkt stof muligvis fundet i sofistikeret rumeksperiment

Hvad består det mystiske mørke stof af, som udgør omkring 25 procent af al masse i universet? Det spørgsmål har forskere hidtil haft svært ved at svare på, da man hverken har kunnet se, indfange eller studere det mørke stof. Men nu ser det ud til, at forskere er kommet et stort skridt nærmere et svar, takket være et sofistikeret videnskabeligt eksperiment gennemført på den internationale rumstation ISS.

Eksperimentet dokumenterer, at den kosmiske stråling rummer et stort antal partikler, kaldet positroner, som sandsynligvis kommer fra mørkt stof. Målingerne er i hvert fald konsistente med positroner, der bliver frembragt, når partikler af mørkt stof henfalder.

Partikler fra mørkt stof – eller pulsarer

Astrofysiker Steen Hansen fra Dark Cosmology Center på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet er imponeret over, at det har kunnet lade sig gøre at bygge så avanceret en detektor, installere den på ISS og gennemføre et så krævende eksperiment. Og han vurderer, at eksperimentet har leveret rigtigt gode data – men han understreger, at der ikke er tilstrækkeligt mange målinger til, at forskerne kan konkludere noget endeligt.

»Detektoren har fundet en stor bunke af elektronens partner, positronen, men vi ved i realiteten ikke, hvor de kommer fra. Partiklerne kan enten være frembragt af pulsarer spredt ud over vores galakse eller af mørkt stof. Om kilden er det ene eller det andet, skal der flere eksperimenter til for at kunne afgøre,« siger Steen H. Hansen.

Læs også: Hemmeligheden bag mørkt stof – ikke så hemmelig længere?

Positroner strømmer fra alle verdenshjørner

Målingerne er udført med Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), der blev sendt op til ISS i foråret 2011. Frem til december 2012 har AMS opsnappet 25 milliarder partikler fra den kosmiske stråling. 6,8 millioner af partiklerne viste sig at være elektroner, mens ca. 400.000 af dem var positroner.

Positroner er interessante studieobjekter for partikelfysikere såvel som for astronomer, da mørkt stof ifølge mange forskellige teoretiske modeller frembringer den slags partikler. Da hver model frembringer positroner med særlige karakteristika, vil forskerne ud fra observationer af positroner kunne spore sig ind på, hvilken model der stemmer overens med naturen.

For at afgøre, om positronerne kom fra det mørke stof eller andre kilder i vores galakse, undersøgte forskerne i første omgang, hvilken retning partiklerne kom fra. Til forskernes store overraskelse viste det sig, at positronerne kom strømmende fra alle retninger. Tilstrømningen var uafhængig af tid og sted. Det tyder på, at partiklerne stammer fra pulsarer, som man ved, er jævnt fordelt i vores galakse – eller fra mørkt stof.

Målingerne strider mod supersymmetri

Selvom målingerne ikke kan bruges som endeligt bevis på det mørke stofs eksistens, har forskere ikke kunnet dy sig for at gå skridtet videre og forsøge at bruge dataene til at spore sig ind på, hvilken slags partikler, det mørke stof består af.

Partikelfysikere og astrofysikere har igennem tiderne haft hundredvis af modeller for mørkt stof-partikler. Tre modeller har fået særlig stor opmærksomhed, nemlig supersymmetri, sterile neutrinoer og axioner, og af disse tre har forestillingen om supersymmetriske partikler været den mest fremtrædende. 90 procent af alle partikelfysikere har arbejdet ud fra hypotesen om, at det mørke stof består af supersymmetriske partikler.

Men antager man, at de indfangede positroner stammer fra det mørke stof, kan der ikke være tale om partikler, som er beskrevet af den simpleste og mest populære version af supersymmetri, fastslår Steen H. Hansen. For når den slags supersymmetriske partikler henfalder, ville de ifølge teorien kun kunne frembringe positroner, der bevæger sig fremad med en bestemt fart. Men det strider imod forskernes målinger, der dokumenterer, at positronerne suser afsted med vidt forskellige hastigheder.

»I mine øjne er der i de nye data ingen indikation på, at der er supersymmetriske partikler. Det stemmer fint overens med et andet vigtigt eksperiment for ikke så længe siden, der dokumenterede Higgs-partiklens eksistens. Denne partikels egenskaber viste sig at være overensstemmelse med fysikernes Standardmodel og viser ingen tegn på Supersymmetri,« fortæller Steen H. Hansen.

Resultater er et vink med en vognstang

Steen H. Hansen er fornøjet over de nye resultater. For han har aldrig haft stor fidus til teorien om supersymmetri, på trods af dens matematiske skønhed. Han har altid troet mere på teorien om ‘den sterile neutrino’, som giver masse til de tre ‘rigtige’ neutrinoer i fysikernes Standardmodel.

»Den sterile neutrino er en super naturlig kandidat til det mørke stof. Det er naturligvis for tidligt at udelukke supersymmetri helt, men hvis jeg havde brugt de sidste 10 år på at udvikle supersymmetri, så ville jeg begynde at arbejde med nogle andre modeller nu. For nogle af os, så er de nye resultater sød musik, for det kunne betyde at mørkt stof måske i virkeligheden er noget helt nyt og mere specielt, måske relateret til sterile neutrinoer,« slutter Steen H. Hansen.

Videoen stammer fra NASA.