A világegyetemünk galaxisai úgy tűnik, lehetetlen teljesítményre képesek. Olyan sebességgel forognak, hogy a megfigyelhető anyaguk által keltett gravitáció képtelen lenne összetartani őket; már régen szét kellett volna szakadniuk. Ugyanez igaz a halmazokban lévő galaxisokra is, ami arra készteti a tudósokat, hogy azt higgyék, valami általunk nem látható dolog van a háttérben. Úgy gondolják, hogy valami, amit még nem tudtunk közvetlenül kimutatni, extra tömeget ad ezeknek a galaxisoknak, ami a szükséges extra gravitációt generálja ahhoz, hogy épségben maradjanak. Ezt a furcsa és ismeretlen anyagot “sötét anyagnak” nevezték el, mivel nem látható.
Sötét anyag
A normál anyagtól eltérően a sötét anyag nem lép kölcsönhatásba az elektromágneses erővel. Ez azt jelenti, hogy nem nyeli el, nem veri vissza és nem bocsátja ki a fényt, így rendkívül nehéz észrevenni. Valójában a kutatók csak a látható anyagra gyakorolt gravitációs hatásából tudtak következtetni a sötét anyag létezésére. Úgy tűnik, hogy a sötét anyag nagyjából hat az egyhez arányban felülmúlja a látható anyagot, és az univerzum mintegy 27%-át teszi ki. Íme egy kijózanító tény: Az általunk ismert anyag, amely az összes csillagot és galaxist alkotja, az univerzum tartalmának mindössze 5%-át teszi ki! De mi is az a sötét anyag? Az egyik elképzelés szerint “szuperszimmetrikus részecskéket” tartalmazhat – olyan feltételezett részecskéket, amelyek a Standard Modellben már ismert részecskék partnerei. A Nagy Hadronütköztetőben (LHC) végzett kísérletek közvetlenebb nyomokat szolgáltathatnak a sötét anyagról.
Sok elmélet szerint a sötét anyag részecskéi elég könnyűek lennének ahhoz, hogy az LHC-ben előállítsák őket. Ha az LHC-nél keletkeznének, akkor észrevétlenül szöknének át a detektorokon. Azonban energiát és impulzust vinnének magukkal, így a fizikusok az ütközés után “hiányzó” energia és impulzus mennyiségéből következtethetnének a létezésükre. A sötét anyagjelöltek gyakran felmerülnek olyan elméletekben, amelyek a Standard Modellen túli fizikára utalnak, mint például a szuperszimmetria és az extra dimenziók. Az egyik elmélet szerint létezik egy “Rejtett völgy”, egy párhuzamos világ, amely sötét anyagból áll, és nagyon kevés közös vonása van az általunk ismert anyaggal. Ha ezen elméletek egyike igaznak bizonyulna, az segíthetne a tudósoknak jobban megérteni az univerzumunk összetételét, és különösen azt, hogy a galaxisok hogyan tartanak össze.
Sötét energia
A sötét energia az univerzum mintegy 68%-át teszi ki, és úgy tűnik, hogy az űrben lévő vákuumhoz kapcsolódik. Egyenletesen oszlik el a világegyetemben, nemcsak térben, hanem időben is – más szóval, hatása nem hígul fel a világegyetem tágulásával. Az egyenletes eloszlás azt jelenti, hogy a sötét energiának nincs helyi gravitációs hatása, hanem inkább globális hatása van a világegyetem egészére. Ez egy taszító erőt eredményez, ami a világegyetem tágulásának felgyorsítására hajlamosít. A tágulás mértéke és annak gyorsulása a Hubble-törvényen alapuló megfigyelésekkel mérhető. Ezek a mérések más tudományos adatokkal együtt megerősítették a sötét energia létezését, és becslést adnak arra vonatkozóan, hogy mekkora mennyiségben létezik ez a rejtélyes anyag.