Ny opdagelse bringer os nærmere på at forstå universets mystiske mørke stof

Det er over alt i vores univers: Mørkt stof menes at udgøre langt størstedelen af stoffet i universet. Vi ved, det er der, men vi ved stadig meget lidt om, hvad det egentlig er. Derfor kaldes det ‘mørkt stof’.

Men med opdagelsen af en strøm af stjerner, en såkaldt kuglehobestrøm, i en galakse uden for Mælkevejen kastes der nu nyt lys over mysteriet om det mørke stof. De er et kendt fænomen i Mælkevejen, hvor der er identificeret flere. Men det er første gang, man opdager sådan en stjernestrøm uden for Mælkevejen. Fundet er nu publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature .

”Opdagelsen åbner nye muligheder for at undersøge mørkt stof, som er et af den moderne astrofysiks største uløste mysterier,” fortæller Sarah Pearson, der har været med til at gøre opdagelsen sammen med en række andre forskere.

Hun er medforfatter på artiklen i Nature sammen med ph.d.-studerende Julie Kiel Holm, der er førsteforfatter.

Studiet er udført i regi af Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, hvor Sarah Pearson var ansat, inden hun for nylig rykkede til DTU Space som forsker og lektor. Hun er desuden ph.d.-vejleder for Julie Kiel Holm.

Stjernestrømme som mørkt stof-detektorer

De såkaldte kuglehobestrømme af stjerner kan bruges som en slags ‘mørkt stof detektor’.

Det er lige nu et af de meget aktive forskningsområder inden for astrofysik. Og danske forskere er med helt i front.

Metoden har fået et stort gennembrud, efter at det blandt andet med ESA's Gaia-satellit og jordbaserede teleskoper er blevet muligt at finde mange flere af disse stjernestrømme i Mælkevejen. I de seneste år har nye store datasæt og avancerede analysemetoder gjort kuglehobestrømme til et af de mest lovende redskaber i galakseforskningen.

Stjernestrømmene opstår, når en galakses tyngdekraft langsomt flår en tæt samling af stjerner, en kuglehob, fra hinanden og trækker dens stjerner ud i en lang strøm.

De er ideelle til at udforske mørkt stof, fordi de typisk ligger i galaksens yderkanter. Derude er der meget mindre kosmisk rod som gas eller store stjernesystemer, der kan forstyrre billedet.

Hvis forskerne opdager et uforklarligt hak eller hul i den ellers jævne stjernestrøm, kan forklaringen være en usynlig koncentration af mørkt stof, som har passeret gennem eller tæt forbi strømmen. Ved at analysere disse præcise kosmiske signaturer kan astrofysikerne få ny viden om massen og placeringen af universets usynlige byggesten, altså det mørke stof.

Kuglehobestrømme har imidlertid været meget vanskelige at få øje på uden for vores egen galakse, fordi signalet fra dem er ekstremt svagt og derfor let forsvinder i forstyrrende støj. I det aktuelle tilfælde blev stjernestrømmen opdaget i en såkaldt ultra-diffus galakse kaldet UGC9050-Dw1.

”Vi har set en kuglehobestrøm i en ultra-diffus galakse. At vi ser det uden for vores egen galakse, Mælkevejen, gør det til en ret stor og unik opdagelse, fordi det er aldrig sket før,” fortæller Julie Kiel Holm.

Dermed har forskerne nu et velkendt værktøj, som kan bruges på andre galakser end Mælkevejen. På den måde kan de lave nye målinger uden for vores egen galakse og både underbygge eksisterende viden og få ny viden om det mørke stof.

95 procent af universets indhold af masse-energi er ukendt

Langt størstedelen af stoffet i universet er mørkt stof. Alligevel ved vi stadig ikke, hvad det mørke stof egentlig består af.

Ser man på universets samlede indhold af masse-energi, udgør almindeligt stof, alt det, vi kan se omkring os, fra stjerner og planeter til gas og støv, kun omkring 5 procent. De 95 procent er næsten ukendt. Det uforklarlige mørke stof står for omkring 27 procent, mens de resterende cirka 68 procent består af mørk energi, som forskerne ligeledes stadig forsøger at forstå.

”Opdagelsen åbner for helt nye muligheder. Vi kan lede efter de her kuglehobestrømme i andre galakser end Mælkevejen. På sigt kan vi desuden måle, hvor meget mørkt stof der er i flere af de ultra-diffuse galakser,” fortæller Sarah Pearson.

Udover selve opdagelsen viser forskerne for første gang, at kuglehobestrømme kan bruges som et værktøj til at måle mørkt stof i galakser uden for Mælkevejen. Det er interessant, fordi mørkt stof spiller en afgørende rolle i universet, men stadig ikke er fuldt forstået.

”Vi viser, at man kan bruge et velkendt værktøj fra vores egen galakse til at forstå andre galakser, hvor det ellers har været meget svært at måle fordelingen af mørkt stof,” fortæller Julie Kiel Holm.

Den aktuelle forståelse baseres især på Mælkevej-observationer

Forskerne kommer i studiet også med et bud på, hvor meget masse, og dermed mørkt stof, der er i UGC9050-Dw1-galaksen, og hvordan den er fordelt.

Ifølge Julie Kiel Holm kan opdagelsen være med til at undersøge, om det billede af mørkt stof, som forskerne har opbygget på baggrund af blandt andet Mælkevejen, også gælder i andre galakser.

”Vores nuværende forståelse af mørkt stof er i høj grad baseret på én galakse, nemlig vores egen. Med et større datasæt kan andre forskere begynde at undersøge, om de samme modeller gælder universelt, eller om mørkt stof opfører sig forskelligt afhængigt af omgivelserne,” fortæller hun.

Med nye satellitter og teleskoper som Nancy Grace Roman Space Telescope og Euclid forventer forskerne, at antallet af observerbare kuglehobestrømme vil stige markant.

”Det er et superspændende forskningsområde, som er under udvikling,” fastslår Sarah Pearson.

”Det giver os helt nye muligheder for at få indblik i, hvad mørkt stof er, og dermed hvad det meste af stoffet i universet består af”.