Mørkt stof er mærkelige, mystiske ting. Det kan udgøre så meget som 85 procent af universets masse, og dets tyngdekraft påvirker alt omkring det. Men vi kan ikke se det med vores blotte øjne. Vi har aldrig direkte observeret det med nogen af vores instrumenter, på Jorden eller ved at zoome gennem rummet på en sonde.
Nu har et schweizisk hold udarbejdet en spændende plan – en mulig måde at få en meget mere præcis læsning om mørkt stof. Det involverer at skyde sonder mod de fjerneste planeter i vores solsystem, Uranus og Neptun, og omhyggeligt at logge hver kraft, der trækker på deres baner. Hvis vi trækker fra kendt kræfter – tyngdekraften fra enhver nærliggende planet, måne og asteroide – det, der er tilbage, burde være effekten af mørkt stof.
Det er en “unik mulighed” for at “forbedre målinger af standard gravitationsparametre i solsystemet,” skrev Lorenz Zwick og hans team fra Center for Teoretisk Astrofysik og Kosmologi ved Universitetet i Zürich i en ny peer-reviewet undersøgelse der udkom online den 22. april.
Den schweiziske plan ser godt ud på papiret. I praksis er det dog måske ikke muligt at adskille kraften fra mørkt stof, der virker på en sonde, fra for eksempel kraften fra en ikke-kortlagt asteroide – eller endda en løs forbindelse i sonden, der ventilerer stråling ud i rummet. Med andre ord, vi ved måske ikke nok om den sag, vi kan se at begynde at udlede ting om sagen vi kan ikke se.
Den aktuelle teori er, at mørkt stof ikke interagerer med elektromagnetiske felter på samme måde som synligt stof gør. Det hverken absorberer lys eller reflekterer det. Men vi er ret sikre på, at den er der. Uden det giver universet ikke mening. Planeter og stjernesystemer og hele galakser opfører sig, som om de vejer næsten dobbelt, som deres synlige masse synes at antyde. Der er meget mere gravitationskraft, end vi kan tage højde for blot ved at lægge massen af objekter i rummet sammen.
Gabet mellem det, vi kan se, og det, vi tror er der, blev først tydeligt i begyndelsen af det 20. århundrede. Gabet blev større, efterhånden som vores instrumenter blev bedre. I slutningen af 1960’erne, Seth Shostak, en astronom nu mest berømt for sit arbejde med SETI—søgen efter udenjordisk intelligens-brugte et radioteleskoparray i Californien til at bestemme, at nogle galakser snurrede hurtigere, end deres synlige stjerner viste, at de ville. Shostak formodede senere, at galakserne havde masse, som vi ikke direkte kunne observere.
I dag er mørkt stof en integreret del af astronomi. Men det betyder ikke, at vi forstår det særlig godt. For det første ved vi ikke, hvor jævnt det er spredt. Det er muligt, at mørkt stof er tættere inde i et stjernesystem, end det er i de store afstande mellem systemerne. Det er også muligt, at mørkt stof har konturer inde et stjernesystem.
Zwicks tætte undersøgelse af vores eget system kunne hjælpe os med at besvare det spørgsmål med mulige afsmittende effekter på tværs af rumvidenskaberne. “At forfølge nye veje som det, der er foreslået her, ser meget spændende ud,” fortalte Priyamvada Natarajan, en Yale-astronom, der har specialiseret sig i at kortlægge mørkt stof og ikke var involveret i University of Zurich-undersøgelsen, til The Daily Beast.
Vi kan endda være i stand til at afgøre, om vores solsystem, eller endda bare vores hjørne af solsystemet, er specielt. “Vores nuværende forventninger til [dark matter] tæthed ved Jorden er baseret på observationer af stjerner omkring galaksen, kombineret med antagelsen om, at Jorden er i en ret typisk del af galaksen for dens afstand fra det galaktiske centrum,« Tracy Slatyer, lektor ved Center for Teoretisk Fysik ved Massachusetts Institute of Technology, som ikke var involveret i undersøgelsen, fortalte The Daily Beast. “Det ville være fantastisk, hvis vi kunne teste den antagelse.”
Zwicks idé er at sende en sonde – eller et par sonder – mod de fjerneste store objekter i solsystemet: de iskolde planeter Uranus og Neptun.
“Kun Uranus og Neptun er fornuftige mål, da målingen er følsom over for den samlede indelukkede masse af mørkt stof mellem solen og rumfartøjet,” forklarede Zwick til The Daily Beast. Med andre ord, jo længere væk dine sonders mål er, jo mere mørkt stof skal sonderne rejse igennem – og jo flere data kan de hjælpe med at indsamle.
Controllere på jorden ville omhyggeligt spore sonderne og bemærke hver lille ændring i kurs og hastighed. At logge disse ændringer er faktisk hele pointen. Hver enkelt antyder tyngdekraftens indflydelse – fra en planet eller måne eller asteroide eller noget.
Eller måske endda fra mørkt stof. “Tilstedeværelsen af [dark matter] ville producere en radial kraft, der er proportional med den indesluttede masse inden for rumfartøjets kredsløb,” skrev University of Zürich-teamet.
Hvis Zwicks team eller andre videnskabsmænd kunne sende sonder til yderkanten af vores system og holde styr på dem i et årti eller deromkring – og ja, Zwick har særlige sonder i tankerne, som kunne lanceres inden for de næste 15 år – de har måske nok data at begynde at luge ud i de åbenlyse påvirkninger på sondernes rejser. Det, der er tilbage, kan være bevis på mørkt stof.
Nogle eksperter i mørkt stof er skeptiske over for planen – men måske ikke af de åbenlyse årsager. Omkostninger og teknologi, de sædvanlige forhindringer for en ny rummission, er egentlig ikke problemerne. Efter alt ville Zwicks undersøgelse faktisk ikke kræve sit eget rumfartøj. Da alt, hvad videnskabsmændene i mørkt stof skal gøre, er at spore en sonde eller to og bygge en model af gravitationskræfter på dem, vil alle sonder gøre det, så længe de rejser langt nok.
Så det giver mest mening at piggyback på eksisterende rumfartøjer. Juster bare radiolinket for at få bedre telemetridata, og du er klar til at gå i gang med at undersøge lokalt mørkt stof. “På en måde er vi kun blaffere,” sagde Zwick.
De bedste kandidater er måske et par sonder, som NASA ønsker at sende til Uranus og Neptun i slutningen af 2030’erne. Rumagenturet har ikke fuldt ud forpligtet sig til sonderne endnu, så der er ingen klar fornemmelse af, hvilke instrumenter de kan bære, eller præcis hvornår de kan starte. Mark Hofstadter, en planetarisk videnskabsmand ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Californien, stresset “Vigtigheden af at udforske mindst en af disse planeter og hele dens miljø, som inkluderer overraskende dynamiske iskolde måner, ringe og bizarre magnetfelter.”
Zwick og kompagni er allerede i gang med at tale om NASA. “Hvis vi kan fremføre en stærk nok sag og overbevise nok mennesker, håber vi, at ideen vil snebold, og at forbedring af radioforbindelsen vil blive en prioritet i missionsplanlægning,” sagde Zwick.
Men selv hvis NASA logger på uden forsinkelse, kan andre komplikationer dømme Zwicks mørke stof-mission.
For det første er det muligt, at mørkt stofs indflydelse på en sonde, selv en langt flyvende, ville være virkelig, virkelig subtil. Måske for subtil til at skelne fra en afrundingsfejl i vores beregninger af kendte gravitationspåvirkninger. “Der er ingen måde, jeg kender til at få den nødvendige følsomhed til at måle mørkt stof i solsystemet udelukkende gennem dets gravitationseffekter, medmindre tætheden [of dark matter] er langt højere end vi forventer,” advarede Slatyer.
Så er der udsigten til ukendte gravitationskræfter er det ikke mørkt stof. Så meget som Zwicks foreslåede projekt er et spørgsmål om subtraktion, er det helt afgørende, at vi forstår alle tallene. En hidtil ukendt styrke, selv en lille, kunne kaste hele projektet af sig. “Den præcision, man skal opnå ved bestemmelse af bevægelser af testobjekter i gravitationsfeltet, er… meget høj,” Francisco-Shu Kitaura, en astrofysiker ved Institut for Astrofysik på De Kanariske Øer og University of La Laguna, som var’ t involveret i undersøgelsen, fortalte The Daily Beast. Selv Zwick og hans team indrømmede, at deres forslag kun ville fungere “hvis alle de kræfter, der virker på det rigtige rumfartøj, er fuldt modelleret.”
Ufuldstændig modellering stod bag en af de tidligste skuffelser i mørkt stof. I 1972 lancerede NASAs Pioneer-sonde på en mission til Jupiter. Controllere registrerede en lille, uplanlagt acceleration. I et berusende øjeblik troede nogle forskere, at det var bevis på mørkt stof, der rykkede i fartøjet. De tog fejl. “Til sidst indså folk, at rumfartøjet udsendte termisk stråling … hvilket fik det til at afvige lidt fra sin bane,” huskede Zwick.
Selvfølgelig er det ikke 1972 længere. Vores teknologi er bedre. Og når det kommer til mørkt stof, har vi en klarere fornemmelse af, hvad vi leder efter. Måske vil Zwicks mission med at kortlægge usynlige ting, hvis det går fremad, mislykkes, fordi vi ikke har taget højde for alle synlig ting… endnu.
Men det ville stadig være en undersøgelse eller to i den rigtige retning.
Posten En mission til Uranus og Neptun er vores bedste håb om at finde mørkt stof dukkede op først The Daily Beast.
