Standard model kosmologi fortæller os, at kun 4,9% af Universet består af almindeligt stof (ud fra det vi kan se), mens resten af 26,8% mørkt stof og 68,3% af mørk energi. Som navnet antyder disse begreber, kan vi ikke se dem, så deres eksistens må udledes fra teoretiske modeller, observationer af stor-skala strukturen af Universet og den tilsyneladende gravitationelle effekter, der vises på synligt stof.
Da dette taler for første gang, er mangel på antagelser om, hvad det vil sige partikler af mørkt stof, var selvfølgelig ikke. For ikke så længe siden mange forskere troede, at mørkt stof består af svagt vekselvirkende massive partikler (vinow, WIMP), hvilket er omkring 100 gange proton masse, men neutrinoer interagere. Men alle forsøg på at finde wimpy gennem eksperimenter på partikelacceleratorer, at noget ikke bly. Så forskerne begyndte at sortere ud eventuelle alternativer til sammensætning af mørkt stof.
Moderne kosmologiske modeller har en tendens til at antage, at massen af det mørke stof ligger i intervallet 100 GeV (GeV), som svarer til de grænser, der af masser af mange andre partikler, der vekselvirker gennem den svage kernekraft. Eksistensen af sådanne partikler svarer til de supersymmetriske udvidelse af Standard modellen for partikelfysik. Hertil kommer, at det menes, at sådanne partikler, skal være født i den varme, tætte tidlige Univers, med en masse tæthed af stof, som har ligget uændret den dag i dag.
Men den nuværende forsøg på at identificere vinov findes ingen konkrete beviser for eksistensen af sådanne partikler. Blandt dem var søgningen til udslettelse produkter af wirrow (gamma stråler, neutrinoer og kosmiske stråler) i nærliggende galakser og klynger, samt forsøg på direkte påvisning af partikler ved hjælp af supercolliders som en TANK.
Af supersymmetri, snoldet udslette hinanden, hvilket skaber en kaskade af partikler og stråling, herunder gamma stråler af energi medium
Intet blev fundet, mange forskere har besluttet at afvige fra det paradigme af WIMP er og søge efter mørkt stof andetsteds. En sådan gruppe, kosmologer CERN og CP3-Origins i Danmark for nylig offentliggjort en undersøgelse, der viser, at mørkt stof kan være meget tungere og mere svagt interagerende end tidligere troet.
Et af de medlemmer af forskerholdet CP-Origins 3, Dr. Mccallan Sandora, der er beskrevet den indsats, hans hold:
“Vi kan endnu ikke udelukke muligheden af, at vinov, men hvert år, tror vi mere og mere, end ikke set noget. Desuden de sædvanlige svage skala fysik lider af problemet hierarki. Det er uklart, hvorfor alle kendte partikler er så let, især hvis man ser på den naturlige omfanget af tyngdekraften, Planck skalaen er omkring 1019 GeV. Så hvis mørkt stof var tættere på Planck skalaen, det ville ikke påvirke problemet hierarki, og dette ville også forklare, hvorfor vi har ikke set signaturer, der er forbundet med Minami”.
Ved hjælp af den nye model, som de kalder Planck interagere mørkt stof (PIDM), forskere udforsker den øvre grænse for massen af det mørke stof. Mens wimpy sætte en masse af det mørke stof ved den øvre grænse af electroweak skala, den danske studiegruppe for Martius Garni, Mccallan Sandora Slot og Martin foreslog, at en partikel med masse, som er i en helt anden naturlig skala — Planck.
På en skala fra Planck enhed af masse svarende til 2,17645 x 10-8 pund — omkring den mikrogram, eller 1019 gange massen af en proton. På denne vægt, hver PIDM, faktisk så tungt, hvordan tunge kan være den partikel, før de bliver til et lille sort hul. Gruppen foreslog også, at PIDM disse partikler vekselvirker med almindeligt stof kun tyngdekraften, og at en masse af dem blev dannet i det tidlige Univers, i en tid med intens varme periode, der begyndte i slutningen af den inflatoriske epoke, et eller andet sted efter fra 10-36 til 10-33 eller 10-32 sekunder efter Big Bang.
Denne tid kaldes så, fordi der under inflationen, som menes at være den kosmiske temperaturen faldt til 100 000 gange. Når inflationen sluttede, temperaturen tilbage til sin conflationary niveau (omkring 1027 Kelvin). Ved denne tid var det meste af den potentielle energi af den inflatoriske felt har gået til Standard model partikler, der er fyldt Universet, herunder mørkt stof.
Naturligvis, en ny teori kommer med sin andel af konsekvenser for kosmologer. For eksempel, i denne model, til at arbejde, temperaturen af den varme æra skulle have været højere end nu, tror jeg. Desuden, jo varmere den varme periode, vil også føre til et større antal af primær gravitationelle bølger, som vil være afspejlet i den kosmiske mikrobølge baggrund (CMB).
“En så høj temperatur fortæller os to interessante ting om inflation, siger Sandor. — Hvis mørkt stof vil PIDM: for det første, at inflationen fortsatte ved meget høje energier, der ville blive produceret af ikke kun udsving i temperaturen i det tidlige Univers, men også i rum-tid, i form af gravitationelle bølger. For det andet, at det fortæller os, at energi inflationen var meningen at falde fra hinanden på spørgsmål meget hurtigt, som om det tog lang tid, universet kan køle ned til det øjeblik efter, der er i stand til at producere PIDM på alle.”
Eksistensen af disse gravitationsbølger, der kan bekræftes eller udelukkes i fremtidige studier af den kosmiske baggrundsstråling. Dette er meget interessant nyhed, da den nylige opdagelse af gravitationsbølger, der forventes at føre til en genoptagelse af forsøger at finde en primær bølge, med rødder i skabelsen af Universet.
Som forklaret af Sandor, dette er absolut en vindende scenario for forskerne, fordi den nyeste kandidat til det mørke stof er enten fundet eller modbevist i den nærmeste fremtid.
“Vores script gør en konkret forudsigelse: vi vil se gravitationelle bølger i den næste generation af eksperimenter med den kosmiske baggrundsstråling. Så det er en win-win-situation: hvis vi ser på dem, er det fint, men hvis ikke vi vil se, vi vil vide, hvad mørkt stof er ikke PIDM, hvilket betyder, at du nødt til at forvente, at nogle af dens interaktion med almindeligt stof. Hvis det hele kommer til at ske i de næste ti år, kan vi kun se frem til”.
Da Jacobus Kapteyn første gang foreslog eksistensen af mørkt stof i 1922, har forskerne søgt efter direkte bekræftelse af dens eksistens. Én efter én, de kandidater, blandt partikler fra gravitino til for axions blev foreslået, overvejes, og gik ind i realm af den evige søgen. Godt, hvis dette sidste kandidat vil være klart afvist eller bekræftet en sådan mulighed er allerede god.
Efter alt, hvis han er bekræftet, vil vi løse et af de største kosmologiske mysterier af alle tid. Et skridt nærmere en forståelse af Universet og dets mystiske kræfter interagere.