De flesta av universum består av "materia" som inte kan ses, eventuellt oväsentlig, och interagerar med andra saker endast genom tyngdkraften. Åh ja, och fysiker vet inte vad den här saken är eller varför det finns så mycket av det i universum - ungefär fyra femtedelar av dess massa.
Forskare kallar det mörk materia.
Så var är denna mystiska fråga som utgör en så stor del av vårt universum, och när kommer forskare att upptäcka det?
Hur vet vi att denna fråga finns
Hypotesen om mörk materia framfördes först av den schweiziska astronomen Fritz Zwicky på 1930-talet, när han insåg att hans mätningar av massorna av galaxkluster visade att en del av massan i universum”saknades”. Vad som än gör galaxer tyngre, avger det inget ljus och interagerar inte heller med något annat än genom tyngdkraften.
Astronomen Vera Rubin upptäckte på 1970-talet att galaxernas rotation inte följer Newtons rörelselag; stjärnor i galaxer (särskilt Andromeda) tycktes rotera runt centrum med samma hastighet, men de längre från stjärnan rör sig långsammare. Som om något lägger till den yttre delen av galaxen som ingen kunde se.
Resten av bevisen kommer från gravitationslinsering, som uppstår när graviteten hos ett stort objekt böjer ljusvågor runt ett objekt. Enligt Albert Einsteins teori om allmän relativitet, böjer tyngdekraften utrymme (som en sumobrytare kan deformera en matta som han står på) så att ljusstrålar böjer sig runt stora föremål, även om ljuset själv är masslöst. Observationer visade att det inte fanns tillräckligt med synlig massa för att böja ljuset, som det gjorde runt enskilda galaxkluster - med andra ord, galaxerna var mer massiva än de borde vara.
Kampanjvideo:
Sedan finns relikstrålningen (CMB),”ekot” från Big Bang och supernovaer. "CMB berättar att universum är rumsligt platt," sade Jason Kumar, professor i fysik vid University of Hawaii. "Rumsligt platt" betyder att om du drar två linjer genom universum, korsar de aldrig varandra, även om linjerna var miljarder ljusår över. I ett brant krökt universum kommer dessa linjer att möta någon gång i rymden.
Det finns nu en liten kontrovers bland kosmologer och astronomer om huruvida mörk materia finns. Det påverkar inte ljuset och det laddas inte som elektroner eller protoner. Fram till nu har den undvikit direkt upptäckt.
"Detta är ett mysterium," sade Kumar. Det kan finnas sätt som forskare har försökt att "se" mörk materia - antingen genom dess interaktion med vanlig materia eller genom att leta efter partiklar som kan vara mörk materia.
Vilken mörk materia är det inte
Många teorier har kommit och gått till vad mörk materia är. En av de första var ganska logisk: frågan gömdes i massiva astrofysiska kompakta haloobjekt (MACHO), såsom neutronstjärnor, svarta hål, bruna dvärgar och rogue planeter. De avger inte ljus (eller de avger väldigt lite), så de är praktiskt taget osynliga för teleskop.
Att utforska galaxer som letade efter små snedvridningar i stjärnbelysning producerat av MACHO, som passerade - kallad mikrolensing - kunde emellertid inte förklara mängden mörk materia runt galaxer, eller ens mycket av det. "MACHO verkar vara lika uteslutna som någonsin," säger Dan Hooper, en forskarforskare vid Fermi National Accelerator Laboratory i Illinois.
Mörkmaterial verkar inte vara ett gasmoln som inte kan ses genom teleskop. Diffus gas kommer att absorbera ljus från galaxer som är längre bort, och överst på den normala gasen kommer att avge strålning vid längre våglängder - det kommer att finnas ett enormt utsläpp av infrarött ljus på himlen. Eftersom detta inte händer kan vi utesluta det.
Vad kunde det vara
Svagt samverkande massiva partiklar (WIMP) är några av de starkaste utmanarna för att förklara mörk materia. Wimps är tunga partiklar - cirka 10 till 100 gånger tyngre än protonen, som skapades under Big Bang och förblir i litet antal i dag. Dessa partiklar interagerar med normal materia genom gravitation och svaga kärnkrafter. De mer massiva WIMP: erna kommer att röra sig långsammare genom rymden och kan därför vara kandidater för”kall” mörk materia, medan de ljusare rör sig snabbare och vara kandidater för”varm” mörk materia.
Ett sätt att hitta dem är genom "direkt upptäckt", till exempel experimentet Large Underground Xenon (LUX), som är en behållare med flytande xenon i en South Dakota-gruva.
Ett annat sätt att se wimps kan vara med en partikelaccelerator. Inuti acceleratorerna bryts atomkärnor med en hastighet nära ljusets hastighet, och i processen omvandlas denna kollisionsenergi till andra partiklar, några av dem är nya för vetenskapen. Hittills har inget hittats i partikelacceleratorer som ser ut som förmodande mörk materia.
En annan möjlighet: axioner. Dessa subatomära partiklar kunde indirekt detekteras av de typer av strålning som de avger, hur de förstör eller hur de sönderfaller till andra typer av partiklar eller uppträder i partikelacceleratorer. Det finns dock inga direkta bevis för axioner heller.
Eftersom upptäckten av tunga, långsamma "kalla" partiklar som WIMP: er eller axioner ännu inte har gett resultat, tittar vissa forskare på möjligheten till ljusa, snabbare rörliga partiklar som de orsakar”varm” mörk materia. Det har förnyats intresse för en sådan modell av mörk materia efter att forskare hittade bevis på en okänd partikel som använde röntgenobservatoriet Chandra, i Perseus-klustret, en grupp galaxer cirka 250 miljoner ljusår från jorden. De kända jonerna i detta kluster producerar vissa röntgenstrålningslinjer, och 2014 såg forskare en ny "linje" som kunde motsvara en okänd ljuspartikel.
Om mörkmaterialpartiklar är ljusa, kommer forskare att ha svårt att hitta dem direkt, säger Tracey Slater, en fysiker vid MIT. Hon föreslog nya typer av partiklar som kan utgöra mörkt material.
"Mörkmaterial med en massa under ca 1 GeV är verkligen svårt att upptäcka med standarddetekteringsexperiment eftersom de fungerar genom att leta efter oförklarade rekyler av atomkärnor … men när mörk materia är mycket lättare än en atomkärna, är rekylenergin väldigt liten," sade Tracy Slater.
Mycket forskning har gjorts i sökandet efter mörk materia, och om nuvarande metoder misslyckas kommer nya att genomföras. Att använda "flytande" flytande helium, halvledare och till och med bryta kemiska bindningar i kristaller är några av de nya idéerna för att upptäcka mörk materia.