Galaxier i vårt universum tycks uppnå en omöjlig prestation. De roterar med en sådan hastighet att den gravitation som genereras av deras observerbara materia omöjligen skulle kunna hålla ihop dem; de borde ha slitit sönder sig själva för länge sedan. Samma sak gäller för galaxer i kluster, vilket får forskarna att tro att något som vi inte kan se är på gång. De tror att något som vi ännu inte har upptäckt direkt ger dessa galaxer extra massa och skapar den extra gravitation som de behöver för att hålla sig intakta. Denna märkliga och okända materia kallades ”mörk materia” eftersom den inte är synlig.
Mörk materia
Till skillnad från normal materia interagerar mörk materia inte med den elektromagnetiska kraften. Det innebär att den inte absorberar, reflekterar eller avger ljus, vilket gör den extremt svår att upptäcka. Faktum är att forskare har kunnat härleda existensen av mörk materia endast från den gravitationseffekt som den verkar ha på synlig materia. Den mörka materian tycks vara sex gånger större än den synliga materian och utgör ungefär 27 procent av universum. Här är ett allvarligare faktum: Den materia som vi känner till och som utgör alla stjärnor och galaxer utgör endast 5 % av universums innehåll! Men vad är mörk materia? En idé är att den skulle kunna innehålla ”supersymmetriska partiklar” – hypoteser om partiklar som är partners till dem som redan är kända i standardmodellen. Experiment vid Large Hadron Collider (LHC) kan ge mer direkta ledtrådar om mörk materia.
Många teorier säger att partiklarna i mörk materia skulle vara tillräckligt lätta för att kunna produceras vid LHC. Om de skapades vid LHC skulle de flyga obemärkt genom detektorerna. De skulle dock föra med sig energi och momentum, så fysiker skulle kunna härleda deras existens från den mängd energi och momentum som ”saknas” efter en kollision. Kandidater för mörk materia dyker ofta upp i teorier som föreslår fysik bortom standardmodellen, t.ex. supersymmetri och extra dimensioner. En teori föreslår att det finns en ”Hidden Valley”, en parallell värld av mörk materia som har mycket lite gemensamt med den materia vi känner till. Om en av dessa teorier visade sig vara sann skulle den kunna hjälpa forskarna att få en bättre förståelse för vårt universums sammansättning och i synnerhet hur galaxer håller ihop.
Mörk energi
Den mörka energin utgör ungefär 68 % av universum och tycks vara förknippad med vakuumet i rymden. Den är jämnt fördelad i universum, inte bara i rymden utan också i tiden – med andra ord, dess effekt späds inte ut när universum expanderar. Den jämna fördelningen innebär att den mörka energin inte har några lokala gravitationseffekter, utan snarare en global effekt på universum som helhet. Detta leder till en avstötande kraft som tenderar att påskynda universums expansion. Expansionshastigheten och dess acceleration kan mätas genom observationer baserade på Hubble-lagen. Dessa mätningar har tillsammans med andra vetenskapliga data bekräftat existensen av mörk energi och ger en uppskattning av hur mycket av denna mystiska substans som finns.