Mörk materia påverkar inte gravitationsbrunnar

 

Bild wikipedia  Gravitationen håller solsystemets planeter i omloppsbana kring solen. Bilden är ej skalenlig.

Vanlig materia lyder under fyra väl identifierade krafter: gravitationen, elektromagnetismen och den starka och svaga kärnkraften. Frågan är om mörk materia lyder under en femte kraft? För att lösa frågan har ett forskarlag lett av UNIGE (Universitetet i Genève) tagit sig an uppgiften att avgöra om mörk materia på en kosmisk skala faller ner i gravitation på samma sätt som vanlig materia. Under inflytande av massiva himlakroppar förvrängs det utrymme som upptas av vårt universum och skapar brunnar (det är det som är effekten av gravitation ju större massivare objekt ju djupare brunn och tiden är även involverad i djupet av gravitation som drar ner ett objekt därav att tiden är relativ). Vanlig materia – planeter, stjärnor och galaxer – faller ner i dessa brunnar enligt väletablerade fysikaliska lagar, inklusive Einsteins allmänna relativitetsteori och Eulers ekvationer. Men hur är det med mörk materia?

"För att svara på frågan jämförde vi hastigheterna hos galaxer i universum med djupet hos gravitationsbrunnar", förklarar Camille Bonvin, docent vid institutionen för teoretisk fysik vid UNIGE:s   naturvetenskapliga fakultet och medförfattare till studien. "Om mörk materia inte är utsatt för en femte (okänd) kraft, kommer galaxer som till största delen består av mörk materia att falla ner i dessa brunnar likt vanlig materia som enbart styrs av gravitationen. Å andra sidan om en femte kraft verkar på mörk materia kommer den att påverka galaxernas rörelse som då skulle falla ner i brunnarna på ett annat sätt än vanlig materia. Genom att jämföra borrhålens djup med galaxernas hastigheter kan vi därför testa om det finns en sådan okänd kraft.

Genom att tillämpa detta tillvägagångssätt på nuvarande kosmologiska data drog forskargruppen slutsatsen att mörk materia faller ner i gravitationsbrunnar på samma sätt som vanlig materia, och därmed följer Eulers ekvationer. 

 "I det här skedet utesluter dock dessa slutsatser ännu inte att det finns en okänd kraft. Men om det finns en sådan femte kraft kan den inte överstiga 7 procent av gravitationsstyrkan i annat fall skulle den redan ha dykt upp i våra analyser, beskriver Nastassia Grimm huvudförfattare till studien och tidigare postdoktoral forskare vid institutionen för teoretisk fysik vid UNIGE:s naturvetenskapliga fakultet vilken nyligen har anslutit sig till Institute of Cosmology and Gravitation vid University of Portsmouth.

Dessa första resultat markerar ett stort steg framåt i karakteriseringen av mörk materia. Nästa utmaning blir att avgöra om det är en femte kraft som styr den. 

– Kommande data från de senaste experimenten, som LSST och DESI, kommer att vara känsliga för krafter så svaga som 2 procent av gravitationen. Det bör därför göra det möjligt för oss att lära oss ännu mer om hur mörk materia beter sig, avslutar Isaac Tutusaus, forskare vid ICE-CSIC och IEEC och docent vid IRAP, Midi-Pyrénées-observatoriet, University of Toulouse och medförfattare till studien. Men hur är det med mörk materia? Den är osynlig och undflyende och kan vara underkastad samma lagar eller styras av en femte, ännu okänd kraft? Vilket är ännu okänt.