Den stora majoriteten av massan i vårt universum är osynlig. Och under ganska lång tid har fysiker försökt förstå vad denna svårfångade massa är. Om den består av partiklar är hoppet att Large Hadron Collider kan producera en mörk materiapartikel, eller rymdteleskopet kommer att se den vältalande gammastrålesignaturen för en mörk materiekollision. Hittills finns det ingenting. Och detta problem får teoretiska fysiker att fundera över nya idéer.
Under 2017 tog den kända teoretiska fysikern Lisa Randall en titt på en av de mest otroliga möjligheterna med mörk materia. Hypotetiskt, naturligtvis. Snarare än 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 eventuellt mörkt liv. Det mörka universums kemi kan vara lika rik och varierad som vår egen "vanliga kemi."
Men det är inte så enkelt.
Mörk materia problem
Vårt universum är en fantastisk, om än obegriplig plats.
Under de senaste decennierna har vi insett att 84,5% av saken 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. Liksom mörk energi är dessa saker "mörka" eftersom vi inte förstår dem.
Om det finns en bit mörk materia på mitt skrivbord nu, kommer jag aldrig att veta om det. En bit mörk materia i allmänhet, som sådan, kan inte ligga på mitt skrivbord. Det kommer att falla genom bordet, och golvet och jordskorpan rusar in i tyngdkraften i kärnan på vår planet. Eller försvinner det i rymden på ett obegripligt sätt. Mörk materia interagerar så svagt med allt att det här stycket helt enkelt kommer att falla igenom vanlig materia som om den inte finns.
Kampanjvideo:
I liten skala är gravitations manifestationen av mörk materia försumbar, men på kosmologiska avstånd känns närvaron av mörk materia definitivt - det kan observeras indirekt av dess gravitationseffekt på galaxkluster och dess effekt på galaxernas rotation. Vi vet att det finns, vi ser det bara inte.
Och vi vet inte vad det är. Vi kan bara gissa.
Vanligt ämne - alldeles baryoniskt ämne - samverkar genom elektromagnetiska, gravitationella, starka och svaga krafter. Dessa krafter överför energi och ger struktur till all materia. Mörk materia å andra sidan ses vanligtvis som ett amorft moln av "materia" som inte kan interagera genom elektromagnetiska, svaga eller starka krafter. Därför antas mörk materia vara "icke-baryonisk". Icke-baryonisk fråga kan avslöja dess närvaro endast på gravitationell nivå.
Den ledande kandidaten i jakten på mörk materia är WIMP, en svagt samverkande massiv partikel. Som namnet på WIMP antyder interagerar inte denna hypotetiska partikel med normal materia - så den är inte baryon.
Etablerade kosmologiska modeller förutspår att mörk materia - vare sig det är i form av WIMP: er eller "axioner" - till exempel ger vårt universum struktur och kallas vanligtvis för "limet" som håller vårt universum som helhet.
Iakttagande av galaxernas rotation märkte astronomen Vera Rubin att det mesta av ämnet i galaxerna inte kan observeras. Endast en liten procentandel är synlig - stjärnor, gas och damm; resten gömmer sig i en enorm men osynlig glorie av mörk materia. Det är som att vår synliga galax av vanlig materia bara är en huva på ett enormt hjul av mörk materia som sträcker sig långt utöver 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 inte vår galax av mörk materia av endast en typ av amorf massa av icke-baryoniskt material.
"Det verkar väldigt konstigt att anta att all mörk materia består av bara en typ av partikel," skriver Randall. "En opartisk forskare bör inte låta mörk materia vara lika mångfaldig som vår normala materia."
Ett rikt "skuggunivers"?
Precis som vårt synliga universum styrs av fysikens standardmodell - en väl testad familj av partiklar (inklusive den ökända Higgs boson) och krafter, kan en rik och varierad modell av mörka materialpartiklar och krafter fungera i en mörk galaktisk halo?
Denna forskning följer logiken för att anta en rik variation av okänd fysik i universumets mörka sektor - låt oss kalla det "skuggununiverset" - som löper parallellt med vår egen 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 gamla universum till denna dag. Om så är fallet, hävdar Randall, kanske "mörka planeter" kan bildas. Och om det finns en familj av partiklar av mörkt material som styrs av styrkor som är utplacerade i den mörka sektorn, kan det leda till komplex kemi? Och till livet?
Men om "mörkt" eller "skugga" -liv existerar parallellt med vårt universum, kan du glömma att vi kan upptäcka det.
Skugga liv kommer att vara kvar i skuggorna
Det verkar frestande att använda denna hypotes för att förklara alla dagliga mysterier, eller till och med paranormala påståenden, att vetenskapen inte kan bestrida eller stödja. Vad händer om "spöken" eller oförklarliga "ljus i himlen" är upptäckten av mörka varelser som lever på baksidan av allt?
Även om denna logik skulle vara bra för en TV-show eller 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 kan läsa dessa rader som satt på en trädstubbe i en mörk skog, och du skulle aldrig veta om det.
Men eftersom vi samexisterar med detta skuggunivers i samma rymdtid - inga extra dimensioner eller multiverser - kan bara en signal överföras.
Gravitationsvågor upptäcktes först 2016, och den första upptäckten av dessa krusningar under rymdtiden orsakades av kollisionen av svarta hål. Det verkar ganska möjligt att gravitationsvågor kan upptäckas i den mörka sektorn, men bara de mest kraftfulla kosmiska händelserna i den mörka sektorn kan upptäckas vid vår ände av tråden.
Sammantaget kommer vi nästan säkert aldrig att bevisa förekomsten av söta mörka materia varelser, men Randall gör en poäng. När vi funderar på källan till mörk materia måste vi se bortom våra fördomar. den mörka sektorn kan vara en komplex familj av mörka materialpartiklar och krafter som ligger utanför vad vi kan föreställa oss.
Ilya Khel
