Mysteriet mørk materie løst?

Mørk materie som idé ble introdusert allerede på 1930-tallet da de berømte astronomene Zwicky og Smith observerte to galaksegrupper i nærheten, Coma og Virgo, som ikke oppførte seg som de skulle. Galaksemedlemmene bevegde seg mye raskere enn gravitasjonskraften kunne forklare. Det var ikke nok stjerner til å produsere nok gravitasjonskraft for å holde de villstyrlige galakse på plass.

Løsningen var derfor å introdusere en "usynlig" gravitasjonskraft, et bidrag til den totale gravitasjonskraften fra en form for materie som ikke ga fra seg eller reflekterte lys - mørk materie.

På 1970-tallet fant man også ugler i mosen i enkeltgalakser. Galakser, inkludert Melkeveien, roterer for raskt! Den roterer så raskt at stjernene burde slynges ut og galaksen oppløses. Det må derfor finnes en form for usynlig materie som bidrar til gravitasjonskraften, nok til at Melkeveien holder på formen.

Det er mulig å regne seg frem til hvordan en galakse burde rotere på bakgrunn av hvor mye synlig materie (stjerner og gass) den inneholder. Resultatet blir en rotasjonskurve som viser rotasjonshastigheten i forhold til avstanden fra sentrum. Siden gravitasjonsfeltet er svakt, og bevegelsen til stjernene i galaksen ikkerelativistisk (det vil si mye saktere enn lyshastigheten), har problemet blitt behandlet i tradisjonell Newtonsk stil. Det er kun i ekstreme situasjoner, for sterke gravitasjonsfelt og relativistiske hastigheter, at Newtons lover ikke er nøyaktige lenger og man må ta i bruk generell relativitetsteori. De Newtonske rotasjonskurvene stemte overhodet ikke med de observerte rotasjonskurvene, og dermed ble det ansett som bevist at mørk materie eksisterer.

Omløpshastigheten til stjernene i Melkeveien i melkeveien er ulik eksemplene og har blitt tolket som et bevis på mørk materie.

Nå begynner denne bevisførselen derimot å slå sprekker. Cooperstock og Tieu påpeker at siden stjernenes bevegelse er gravitasjonsbundet, må vi likevel bruke generell relativitetsteori, til tross for de "formildende" omstendighetene nevnt over. Gravitasjonskraften i vårt eget solsystem domineres suverent av Sola, resten av planetene bidrar lite, og banene kan beregnes med Newtonsk fysikk og Keplers lover. I en galakse derimot er det ingen sentral masse som dominerer, alle stjernene bidrar til den totale gravitasjonskraften. Med en full Einsteinsk analyse fant forskerne rotasjonskurver som stemmer på en prikk med de observerte. Problemet er løst. Det finnes ingen mørk materie.

Gravitasjonslinser tyder på at det finnes mer materie enn det vi kan se (STScl, WFPC2, HST, NASA)

Om samme beregningsmåte kan videreføres til galaksegrupper gjenstår å se. Det er uansett en nesten vakker bevisførsel Cooperstock og Tieu presenterer da de ikke gjør seg avhengig av mystiske krefter eller usynlige partikler, men rett og slett bruker fysikk som har vært kjent i 100 år.

Er dette så slutten for mørk materie? For de som synes mørk materie gjør universet til en litt mer magisk plass finnes det enda håp. En uavhengig metode tyder på at det må finnes mørk materie, men kanskje ikke på samme måte som vi har trodd tidligere.

En perfekt Einsteinring (NICMOS, HST, NASA)

Gravitasjonslinser er et fenomen der lys fra bakgrunnen fokuseres ved hjelp av en galakse i forgrunnen som en optisk linse. Gravitasjonslinser gir et meget spesielt og karakteristisk bilde av det som ligger bak den. Det mest berømte bildet av en gravitasjonslinse er kanskje Hubbles bilde av galaksegruppen Abell 2218. De langstrakte lyse buene er egentlig galakser som fysisk befinner seg bak galaksene i forgrunnen, men på vei forbi galaksegruppen bøyes lyset mot oss. Hvis galaksen i bakgrunnen og galaksen i forgrunnen hadde ligget på en rett linje i forhold til oss, ville resultatet bli en lysende ring, en Einsteinring.

Hvor sterk en gravitasjonslinse fokuserer lys er direkte avhengig av massen i linsen. Ved å sammenligne beregnet masse med observert masse har man funnet ut at Abell 2218 må være hele fem ganger med massiv enn stjernene skulle tilsi.

Cooperstock og Tieu har åpnet for en helt ny diskusjon om mørk materie. Det er fortsatt for tidlig å si at mørk materie ikke eksisterer. Det vi kan være sikre på er at de nye resultatene vil bli nøye analysert og diskutert av kosmologer over hele verden og VitNytt er her for å bringe det videre til deg.

Jakten på mørk materie har pågått over lengre tid, men enda har vi ikke funnet andre bevis for den. Les mer om det i slutten av denne artikkelen.

General Relativity Resolves Galactic Rotation Without Exotic Dark Matter