(Dhaval Brahmbhatt/Getty Images) Forskere er endelig ved at finde ud af, hvor meget mørkt stof – det næsten umærkelige materiale, der siges at trække i alt, men alligevel ikke udsender noget lys – vejer virkelig.
Det nye estimat hjælper med at finde ud af, hvor tunge dens partikler kan være - med implikationer for, hvad de mystiske ting faktisk er.
Forskningen indsnævrer kraftigt den potentielle masse af mørkt stof partikler, fra mellem estimeret 10^minus 24 elektronvolt (eV) og 10^19 gigaelektronvolt (GeV) til mellem 10^minus 3 eV og 10^7eV – et muligt masseområde mange billioner af billioner gange mindre end før .
Resultaterne kan hjælpe jægere af mørkt stof med at fokusere deres indsats på det angivne område af partikelmasser - eller de kan afsløre, at en hidtil ukendt kraft er på arbejde i universet, sagde Xavier Calmet, professor i fysik og astronomi ved University of Sussex i USA. Det Forenede Kongerige.
Relaterede: De 11 største ubesvarede spørgsmål om mørkt stof
Calmet beskrev sammen med ph.d.-studerende Folkert Kuipers, også fra University of Sussex, deres indsats i en ny undersøgelse, der offentliggøres i martsnummeret af Fysiske bogstaver B .
Hvad er mørkt stof?
Ifølge nogle skøn udgør mørkt stof omkring 83 procent af alt stof i universet. Det menes kun at interagere med lys og almindeligt stof gennem tyngdekraften, hvilket betyder, at det kun kan ses ved den måde, det krummer lysstråler.
Astronomer fandt de første antydninger af mørkt stof, da de så på en galaktisk hob i 1930'erne, og teorier om, at galakser er trådt med og omkransede af enorme glorier af mørkt stof, blev mainstream efter 1970'erne, hvor astronomer indså, at galakser hvirvlede hurtigere, end de ellers burde , givet hvor meget synligt stof de indeholdt.
Relaterede: De 12 mærkeligste objekter i universet
Mulige kandidater til mørkt stof partikler omfatter spøgelsesagtige, bittesmå partikler kendt som neutrinoer , teoretiske mørke, kolde partikler kendt som axioner og foreslåede svagt interagerende massive partikler eller WIMP'er.
De nye massegrænser kan hjælpe med at eliminere nogle af disse kandidater, afhængigt af detaljerne i den specifikke model af mørkt stof, sagde Calmet.
Kvantetyngdekraft
Hvad videnskabsmænd ved er, at mørkt stof synes at interagere med lys og normalt stof kun gennem tyngdekraften og ikke via nogen af de andre grundlæggende kræfter ; og så brugte forskerne gravitationsteorier til at nå frem til deres estimerede rækkevidde for masserne af mørkt stofpartikler.
Det er vigtigt, at de brugte begreber fra teorier om kvantetyngdekraft, hvilket resulterede i et meget snævrere område end de tidligere estimater, som kun brugte Einsteins teori om generel relativitet .
'Vores idé var meget enkel,' fortalte Calmet WordsSideKick.com i en e-mail. 'Det er utroligt, at folk ikke har tænkt på det her før.'
Einsteins teori om generel relativitetsteori er baseret på klassisk fysik; den forudsiger perfekt, hvordan tyngdekraften fungerer det meste af tiden, men den bryder sammen under ekstreme omstændigheder, hvor kvantemekaniske effekter bliver betydelige, som f.eks. midten af et sort hul .
Teorier om kvantetyngdekraft forsøger på den anden side at forklare tyngdekraften gennem kvantemekanik, som allerede kan beskrive de tre andre kendte fundamentale kræfter – elektromagnetisk kraft, stærk kraft der holder det meste sammen, og det svag kraft der forårsager radioaktivt henfald.
Ingen af kvantetyngdekraftsteorierne har dog endnu stærke beviser til at understøtte dem.
Calmet og Kuipers estimerede den nedre grænse for massen af en mørk stofpartikel ved hjælp af værdier fra den generelle relativitetsteori, og estimerede den øvre grænse fra levetiden for mørkt stofpartikler forudsagt af kvantetyngdekraftsteorier.
Naturen af værdierne fra generel relativitet definerede også arten af den øvre grænse, så de var i stand til at udlede en forudsigelse, der var uafhængig af en bestemt model af kvantetyngdekraften, sagde Calmet.
Undersøgelsen viste, at mens kvantegravitationseffekter generelt var næsten ubetydelige, blev de vigtige, når en hypotetisk mørk stofpartikel tog ekstremt lang tid om at henfalde, og når universet var omtrent lige så gammelt, som det er nu (omkring 13,8 milliarder år), sagde han. .
Fysikere har tidligere anslået, at mørkt stof-partikler skulle være lettere end 'Planck-massen' - omkring 1,2 x 10^19 GeV, mindst 1.000 gange tungere end de største kendte partikler - dog tungere end 10^minus 24 eV for at passe med observationer af de mindste galakser, der vides at indeholde mørkt stof, sagde han.
Men indtil nu havde få undersøgelser forsøgt at indsnævre intervallet, selvom der var gjort store fremskridt med at forstå kvantetyngdekraften i løbet af de sidste 30 år, sagde han. 'Folk så simpelthen ikke på virkningerne af kvantetyngdekraft på mørkt stof før.'
Ukendt kraft
Calmet sagde, at de nye grænser for masserne af mørkt stofpartikler også kunne bruges til at teste, om tyngdekraft alene interagerer med mørkt stof, hvilket er almindeligt antaget, eller hvis mørkt stof er påvirket af en ukendt naturkraft.
'Hvis vi fandt en mørk stofpartikel med en masse uden for det område, vi diskuterede vores papir, ville vi ikke kun have opdaget mørkt stof, men også meget stærke beviser på, at ... der er en ny kraft ud over tyngdekraften, der virker på mørkt stof,' sagde han.
Relateret indhold
Fra Big Bang til nutid: Snapshots af vores univers gennem tiden
De 18 største uløste mysterier i fysik
De 15 mærkeligste galakser i universet
Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Live Science . Læs den originale artikel her .