Så du vill hitta mörk materia, men du vet inte var du ska leta. En gigantisk planet kan vara precis den typ av partikeldetektor du behöver! Lyckligtvis, vårt solsystem råkar bara ha ett par av dem tillgängliga, och den största och närmaste är Jupiter. Forskarna Rebecca Leane (Stanford) och Tim Linden (Stockholm) släppte en tidning denna vecka som beskrev hur gasjätten bara kan ha nyckeln till att hitta den svårfångade mörka materian.

Den mörka materiens natur är ett av de största pågående mysterierna inom fysiken just nu. Den interagerar gravitationsmässigt – vi kan se att den håller ihop galaxer som annars skulle flyga isär – men den verkar inte interagera med normal materia på andra sätt.

De mest populära teorierna hävdar att mörk materia är någon form av partikel som antingen är för liten eller för svagt interagerande för att lätt kunna observeras. Partikelacceleratorer och kolliderarexperiment har satts upp för att slå samman subatomära partiklar; forskare hoppas kunna se oväntade mängder energi saknas från den resulterande kollisionen, vilket skulle föreslå någon okänd partikel, möjligen mörk materia, flyr från detektorn. Än så länge, ingen tur.

Men mörk materia borde vara ute i naturen också, och kan fångas gravitationsmässigt av föremål med stora gravitationsbrunnar, som jorden, solen och Jupiter. Över tid, mörk materia kan byggas upp inuti en planet eller stjärna tills det finns tillräckligt med täthet för att en mörk materia partikel kan träffa en annan, förinta båda. Även om vi inte kan se själva mörk materia, vi borde kunna se resultatet av en sådan kollision. Det skulle producera högenergistrålning i form av gammastrålar.

Gå in i NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop, lanserades 2008 på en Delta II-raket. Det har undersökt himlen efter källor till gammastrålar i över ett decennium nu. Forskarna Leane och Linden använde teleskopet för att titta på Jupiter, och producerade den första analysen någonsin av den jättelika planetens gammastrålningsaktivitet. De hoppades att se bevis på överskott av gammastrålar skapade av mörk materia förintelse inuti Jupiter.

Som Leane förklarar, Jupiters storlek och temperatur gör den till en idealisk detektor för mörk materia. "Eftersom Jupiter har en stor yta jämfört med andra planeter i solsystemet, den kan fånga mer mörk materia... Då kanske du undrar varför inte bara använda den ännu större (och mycket nära) solen. Väl, den andra fördelen är att eftersom Jupiter har en svalare kärna än solen, det ger partiklarna av mörk materia en mindre termisk kick. Detta kan delvis stoppa ljusare mörk materia från att avdunsta från Jupiter, som skulle ha avdunstat från solen."

Leane och Lindens första studie av Jupiter har inte hittat mörk materia ännu. Dock, det fanns ett lockande överskott av gammastrålning vid låga energinivåer, vilket kommer att kräva bättre verktyg för att studera ordentligt. "Vi tänjer verkligen Fermis gränser för att analysera sådana lågenergigamma, sade Leane. "Ser fram emot, det ska bli intressant att se om kommande MeV gammastrålningteleskop som AMEGO och e-ASTROGAM hittar några jovianska gammastrålar, speciellt i den nedre delen av vår analys, där Fermis prestation lider. Kanske har Jupiter fortfarande några hemligheter att dela med sig av."

Både AMEGO- och e-ASTROGRAM-teleskopen är fortfarande i konceptstadiet, men de kan bara vara verktygen som behövs för att hitta mörk materia, och Jupiter kan bara vara målobjektet där man kan hitta det.

Leane och en annan kollega, Juri Smirnov (Ohio State), tror att en liknande teknik också skulle kunna användas för att leta efter mörk materia i Jupiterliknande exoplaneter eller svala bruna dvärgstjärnor.

Exoplaneter och bruna dvärgar närmare galaxens centrum, där det finns högre tätheter av mörk materia, bör verka varmare i infrarött än planeter och stjärnor längre bort, på grund av mer frekvent förintelse av mörk materia i deras kärnor. Rymdteleskopet James Webb kanske kan ge en infraröd undersökning av tillräckligt många planeter för att bekräfta denna teori.

Oavsett om vi hittar bevis på mörk materia i en exoplanet, eller i vår egen gasjätte nära hemmet, en sådan upptäckt skulle markera ett stort steg framåt i vår modell av universum. Det finns ingen garanti för heller, men det är verkligen värt en titt, och grunden för sökandet läggs just nu.