Den stora majoriteten av massan i vårt universum är osynlig, och ett tag, fysiker har verkligen försökt att förstå vad dessa svårfångade "grejer" är. Antas vara någon form av partikel, det finns förhoppningar om att Large Hadron Collider kan producera en partikel av mörk materia eller att ett rymdteleskop kan upptäcka den uppenbara gammastrålande signalen för partiklar av mörk materia som kolliderar. Men hittills, tips har varit få och långt mellan; ett problem som tvingar teoretiska fysiker att hitta på nya idéer.

I en uppseendeväckande 2017-redigering för Nautilus, den berömda teoretiska fysikern Lisa Randall fördjupade sig i en av de mer extrema möjligheterna för mörk materia. Istället för att tänka på mörk materia som en typ av partiklar, kan mörk materia bestå av en hel familj av partiklar som skapar mörka stjärnor, mörka galaxer, mörka planeter och, kanske, mörk liv ? Detta mörka universums kemi kan vara lika rik och varierad som vår "vanliga kemi".

Men bli inte upphetsad över att ha ett nära möte med dessa "mörka utomjordingar" ännu.

The Dark Matter Problem

Vårt universum är underbart, ändå förvirrande plats.

Under de senaste decennierna har vi har insett att 84,5 procent av universums materia är osynlig. Med tanke på den ganska besvärliga benämningen "mörk materia, "dessa saker existerar i ett tillstånd som inte interagerar med" vanlig "materia. Som" mörk energi, "dessa saker är" mörka "eftersom vi inte förstår vad de är.

Om det satt en klump mörk materia på mitt skrivbord, Jag skulle inte kunna veta att det var där. Faktiskt, den mörka materiens klump kunde inte alls "sitta" på mitt skrivbord. Det skulle falla genom skrivbordet och golvet och ner i jordskorpan, snabba mot gravitationsbrunnen i kärnan på vår planet. Eller så kan det zooma in oförklarligt i rymden. Mörk materia interagerar så svagt att klumpen skulle passera genom all vanlig materia som om den inte ens fanns där.

I små vågar, gravitationseffekten av mörk materia är liten, men över kosmologiska avstånd, den mörka materiens närvaro känns verkligen - den kan indirekt observeras från dess gravitationella påverkan på galaxgrupper och dess inverkan på galaxernas snurr. Så vi känna till det är där ute, vi kan bara inte se det.

Dock, vi vet inte vad "det" är, även om det finns teorier.

Vanlig materia - aka baryonisk materia - interagerar via den elektromagnetiska, gravitation, svaga och starka kärnvapenkrafter. Dessa krafter överför energi och ger strukturen för all materia. Mörk materia, å andra sidan, brukar ses som ett amorft moln av "saker" som inte kan interagera via det elektromagnetiska, svaga eller starka krafter. Det antas därför att mörk materia är "nonbaryonic". (Även om det finns några teorier som antyder en baryonisk källa till mörk materia - särskilt MACHO, eller massiva kompakta haloobjekt. Endast gravitationseffekterna av nonbaryonic materia kan observeras när tillräckligt med grejer klumpar ihop sig.

Den ledande kandidaten i den mörka materiens sökning är det lämpligt namngivna WIMP, en förkortning för svagt interagerande massiv partikel. Som namnet antyder, denna hypotetiska partikel interagerar inte med normal materia - den är därför nonbaryonic.

Etablerade kosmologiska modeller förutsäger att mörk materia - vare sig det är WIMP:er eller någon annan form som "axioner" - ger vårt universum struktur och är vanligtvis förenklat som det "lim" som håller ihop vårt universum. Klumpar ihop sig som en expanderande 3D-webb, mörk materia påverkar utvecklingen av galaxer. Som pärlor på ett snöre, dessa mörka ämnen klumpar gravitationsmässigt samman vanligt material i kluster av galaxer med stora tomma tomrum emellan.

Astronomen Vera Rubin, när man observerar galaxernas snurr, först noterade att det mesta av saken i galaxer inte kan ses. Bara en liten andel är synlig som stjärnorna, gas och damm; resten hålls i en stor men osynlig halogen av mörk materia. Det är som om vår synliga galax av vanlig materia bara är navkapseln på ett massivt mörkt materiahjul som sträcker sig långt utanför gränserna för vad vi kan se.

I forskning publicerad av Randall och hennes team 2013, en mer komplex syn på mörk materia utforskades och tillämpades på denna massiva "mörka galax" som vår synliga galax är inbäddad i. I denna vy, vår galax halo av mörk materia består inte av bara en typ av amorf massa av nonbaryonisk materia.

"Det verkar väldigt udda att anta att all mörk materia består av endast en typ av partiklar, "Randall skriver i sin redaktion." ... en opartisk vetenskapsman bör inte anta att mörk materia inte är lika intressant som vanlig materia och nödvändigtvis saknar en mångfald av materia som liknar vår egen. "

Ett rikt "Shadow Universe"?

Precis som vårt synliga universum styrs av fysikens standardmodell-en vältestad partikelfamilj (inklusive den berömda Higgs boson) och styrkor kan en rik och varierad modell av partiklar av mörk materia och mörka krafter fungera i denna mörka galaktiska gloria?

Denna forskning följer den logiska vägen att anta att det finns en mängd olika okända fysiker inom den mörka sektorn, kan det finnas ett universum - låt oss kalla det "skugguniversum" - som finns parallellt med vårt eget och besitter alla komplexiteter som vårt synliga universum har att erbjuda?

Astrofysiker har tidigare antagit att "mörka stjärnor" - stjärnor gjorda av mörk materia - kan ha funnits i vårt uruniversum och kan vara kvar till denna dag. Om detta är fallet, Randall hävdar, kanske "mörka planeter" kan ha bildats, för. Hon tar sedan denna idé ett steg längre:Om det finns en familj av partiklar av mörk materia, styrs av krafter som endast är tillgängliga i den mörka sektorn, kan detta område också ha komplex kemi? Om så är fallet, kan det finnas liv?

Om det finns "skuggliv" som lever ut sina dagar parallellt med vårt universum, du kan glömma alla förhoppningar om att upptäcka det, dock.

Skugglivet kommer att förbli i skuggorna

Det kan vara frestande att använda denna hypotes för att förklara vardagliga mysterier eller till och med paranormala påståenden som vetenskapen inte kan bekräfta. Tänk om "spöken" eller oförklarliga "ljus på himlen" gör att dessa mörka varelser får sin närvaro att känna sig i vårt rike?

Även om detta kan ge en rolig science fiction -historia, de mörka varelserna skulle leva i skugguniversumet som är helt oförenligt med vanlig materia. Deras partiklar och krafter skulle inte ha någon inverkan på vårt universum. Jag kan skriva den här artikeln djupt i en regnskog i mörk materia fylld med varelser i ett brusande ekosystem av mörk materia, men jag har ingen aning.

Men när vi samexisterar med detta skugguniversum i samma rymdtid - inga extra dimensioner eller flera universum krävs - där är en signal som kan överföras.

Gravitationsvågor upptäcktes först 2016 och den första upptäckten av dessa krusningar i rymdtiden orsakades av kollisionen av svarta hål. Det verkar troligt att gravitationella vågor skulle detekteras i den mörka sektorn såväl som i vårt universum, men bara de mest kraftfulla kosmiska händelserna i den mörka sektorn skulle kunna upptäckas här.

Kortfattat, vi kommer nästan aldrig att bevisa att det finns söta varelser av mörk materia, men Randall gör en viktig poäng. När man föreställer sig källan till mörk materia, vi skulle vara klokt att gå bortom våra fördomar om att mörk materia är en enkel partikel; det kan representera en komplex familj av mörka materiapartiklar och krafter som ligger bortom vad vi kan tänka oss.