Är liv baserat på mörk materia möjligt?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Den stora majoriteten av massan i vårt universum är osynlig. Och sedan ganska länge nu har fysiker försökt förstå vad denna svårfångade massa är. Om den är gjord av partiklar är förhoppningen att Large Hadron Collider kan producera en partikel av mörk materia, eller så kommer rymdteleskopet att se en vältalig gammastrålningssignatur av kollisioner med mörk materia. Än så länge finns det ingenting. Och detta problem får teoretiska fysiker att fundera över nya idéer.

År 2017 undersökte den berömda teoretiska fysikern Lisa Randall en av mörk materias mest otroliga möjligheter. Hypotetiskt såklart. Istället för att behandla mörk materia som en viss typ av partikel, antog hon att mörk materia kunde bestå av en hel familj av partiklar som utgör mörka stjärnor, mörka galaxer, mörka planeter och möjligen mörkt liv. Kemin i det mörka universum kunde vara lika rik och varierad som vår egen "vanliga kemi". Men allt är inte så enkelt.

Problemet med mörk materia

Vårt universum är en fantastisk, om än obegriplig plats.

Under de senaste decennierna har vi insett att 84,5 % av materien i universum inte kan ses. Med tanke på dess ganska besvärliga smeknamn "mörk materia", är detta ämne i ett tillstånd där det inte interagerar med "normal" materia. Precis som mörk energi är dessa saker "mörka" eftersom vi inte förstår dem.

Om det ligger en bit mörk materia på mitt skrivbord nu kommer jag aldrig att få reda på det. En bit mörk materia i allmänhet kan som sådan inte ligga på mitt skrivbord. Det kommer att falla genom bordet, och golvet och jordskorpan rusar in i gravitationsbrunnen i kärnan av vår planet. Eller så försvinner den ut i rymden på ett obegripligt sätt. Mörk materia interagerar så svagt med allt att den här biten helt enkelt kommer att falla genom vanlig materia, som om den inte existerar.

I liten skala är gravitationsmanifestationen av mörk materia försumbar, men på kosmologiska avstånd känns definitivt närvaron av mörk materia - den kan observeras indirekt genom dess gravitationseffekt på galaxhopar och dess effekt på galaxernas rotation. Vi vet att det finns, vi ser det helt enkelt inte.

Och vi vet inte vad det är, vi kan bara gissa

Vanlig materia - aka baryonisk materia - interagerar genom elektromagnetiska, gravitationskrafter, starka och svaga krafter. Dessa krafter överför energi och ger struktur åt all materia. Mörk materia, å andra sidan, brukar ses som ett amorft moln av "materia" som inte kan interagera genom elektromagnetiska krafter, svaga eller starka. Därför antas det att mörk materia är "icke-baryonisk". Icke-baryonisk materia kan endast avslöja sin närvaro genom gravitation.

Den ledande kandidaten i sökandet efter mörk materia är WIMP, en svagt interagerande massiv partikel. Som WIMP-namnet antyder interagerar denna hypotetiska partikel inte med normal materia - så den är inte baryonisk.

Etablerade kosmologiska modeller förutspår att mörk materia - vare sig det är i form av WIMPs eller "axioner", till exempel - förser vårt universum med struktur och brukar förenklat kallas det "lim" som håller vårt universum som helhet.

Astronomen Vera Rubin observerade rotationen av galaxer och märkte att det mesta av materia i galaxer inte går att observera. Endast en liten andel är synliga - stjärnor, gas och damm; resten gömmer sig i en enorm men osynlig gloria av mörk materia. Det är som om vår synliga galax av vanlig materia bara är en huva på ett enormt hjul av mörk materia som sträcker sig långt bortom vad vi kan se.

I en nyligen publicerad artikel (2013) presenterade Randall och hennes kollegor en mer komplex form av mörk materia. Enligt dem består den mörka materiens halo i vår galax inte bara av en typ av amorf massa av icke-baryonisk materia.

"Det verkar väldigt konstigt att anta att all mörk materia är sammansatt av bara en typ av partikel", skriver Randall. "En opartisk vetenskapsman bör inte tillåta mörk materia att vara lika mångfaldig som vår normala materia."

Ett rikt "skugguniversum"?

Precis som vårt synliga universum styrs av standardmodellen för fysik – en väl beprövad familj av partiklar (inklusive den ökända Higgs-bosonen) och krafter, skulle en rik och varierad modell av mörk materia-partiklar och krafter kunna fungera i en mörk galaktisk halo?

Denna forskning följer logiken att anta en rik variation av okänd fysik i universums mörka sektor - låt oss kalla det "skugguniversum" - som existerar parallellt med vårt eget och har alla de komplexiteter som vårt synliga universum har att erbjuda.

Astrofysiker har tidigare föreslagit att "mörka stjärnor" - stjärnor gjorda av mörk materia - kan existera i vårt antika universum än i dag. Om så är fallet, hävdar Randall, kanske "mörka planeter" kan bildas. Och om det finns en familj av mörk materia partiklar som kontrolleras av krafter utplacerade i den mörka sektorn, kan detta leda till uppkomsten av komplex kemi? Och till livet?

Men om det finns "mörkt" eller "skuggigt" liv parallellt med vårt universum, kan du glömma att vi kan upptäcka det.

Skuggliv kommer att förbli i skuggorna

Det verkar lockande att använda denna hypotes för att förklara alla vardagliga mysterier eller till och med paranormala påståenden som vetenskapen inte kan ifrågasätta eller stödja. Tänk om "spöken" eller oförklarliga "ljus på himlen" är upptåg hos mörka varelser som lever bakom allting?

Även om denna logik skulle vara bra för ett TV-program eller en film, skulle dessa mörka varelser leva i ett skuggigt universum som är helt oförenligt med vanlig materia. Deras partiklar och krafter skulle inte ha någon effekt i vårt universum. Du kunde läsa dessa rader sittande på en stubbe i en mörk skog, och du skulle aldrig veta om det.

Men eftersom vi samexisterar med detta skugguniversum i samma rumtid - utan onödiga dimensioner eller multiversum - kan bara en signal sändas.

Gravitationsvågor upptäcktes först 2016, och den första upptäckten av dessa krusningar i rymdtiden orsakades av kollisionen av svarta hål. Det verkar fullt möjligt att gravitationsvågor kan detekteras i den mörka sektorn, men endast de mest kraftfulla kosmiska händelserna i den mörka sektorn kan upptäckas i vår ände av tråden.

Sammantaget kommer vi nästan säkert aldrig att bevisa existensen av söta mörk materia varelser, men Randall påpekar en viktig punkt. När vi överväger källan till mörk materia måste vi se bortom våra fördomar; den mörka sektorn kan vara en komplex familj av mörk materia partiklar och krafter som är bortom vad vi kan föreställa oss.