Wie zegt dat baryonische materie alle plezier krijgt van het creëren van leven? Fancy/Veer/Corbis/Getty Images

De overgrote meerderheid van de massa in ons universum is onzichtbaar, en voor een tijdje, natuurkundigen hebben heel hard hun best gedaan om te begrijpen wat dit ongrijpbare "spul" is. Aangenomen dat het een soort deeltje is, er is hoop dat de Large Hadron Collider een donkere-materiedeeltje zou kunnen produceren of dat een ruimtetelescoop de duidelijke gammastralingssignatuur van botsende donkere-materiedeeltjes zou kunnen detecteren. Maar tot nu toe, hints zijn er maar weinig geweest; een probleem dat theoretische fysici dwingt om nieuwe ideeën te bedenken.

In een verbijsterend opiniestuk uit 2017 voor Nautilus, de beroemde theoretisch fysicus Lisa Randall dook in een van de meer extreme mogelijkheden voor donkere materie. In plaats van donkere materie als één type deeltje te zien, zou donkere materie kunnen bestaan ​​uit een hele familie van deeltjes die donkere sterren creëren, donkere sterrenstelsels, donkere planeten en, misschien, donker leven ? De chemie van dit donkere universum is misschien net zo rijk en gevarieerd als onze 'gewone chemie'.

Maar raak nog niet opgewonden over het hebben van een nauwe ontmoeting met deze "donkere aliens".

Het probleem van de donkere materie

Ons universum is een wonderbaarlijk, maar verwarrende plaats.

In de afgelopen decennia is we zijn ons gaan realiseren dat 84,5 procent van de materie in het universum onzichtbaar is. Gezien de nogal onhandige bijnaam "donkere materie, " dit spul bestaat in een staat die geen interactie heeft met "gewone" materie. Zoals "donkere energie, " deze dingen zijn "donker" omdat we niet begrijpen wat ze zijn.

Als er een klomp donkere materie op mijn bureau zat, Ik zou niet weten dat het er was. In feite, de klomp donkere materie kon helemaal niet "zitten" op mijn bureau. Het zou door het bureau en de vloer vallen en in de aardkorst vallen, snel naar de zwaartekrachtbron in de kern van onze planeet. Of het zou op onverklaarbare wijze de ruimte in kunnen zoomen. Donkere materie interageert zo zwak dat de klomp door alle gewone materie zou gaan alsof het er niet eens was.

Op kleine schaal, het zwaartekrachteffect van donkere materie is minuscuul, maar over kosmologische afstanden, De aanwezigheid van donkere materie is zeer zeker voelbaar - het kan indirect worden waargenomen aan de hand van zijn zwaartekrachtsinvloed op clusters van sterrenstelsels en zijn impact op de spin van sterrenstelsels. Zodat we weten het is daarbuiten, we kunnen het gewoon niet zien.

Echter, we weten niet wat "het" is, al zijn er theorieën.

Gewone materie - ook wel baryonische materie genoemd - interageert via de elektromagnetische, zwaartekracht, zwakke en sterke kernkrachten. Deze krachten dragen energie over en zorgen voor de structuur van alle materie. Donkere materie, anderzijds, wordt meestal gezien als een amorfe wolk van "spul" die niet kan interageren via de elektromagnetische, zwakke of sterke krachten. Daarom wordt aangenomen dat donkere materie "niet-baryonisch" is. (Hoewel er enkele theorieën zijn die wijzen op een baryonische bron van donkere materie - met name MACHO's, of massieve compacte halo-objecten. Alleen de zwaartekrachteffecten van niet-baryonische materie kunnen worden waargenomen wanneer genoeg van het spul samenklontert.

De leidende kandidaat bij het zoeken naar donkere materie is de toepasselijke naam WIMP, een acroniem voor zwak interagerend massief deeltje. Zoals de naam al doet vermoeden, dit hypothetische deeltje heeft geen interactie met normale materie - het is daarom niet-baryonisch.

Gevestigde kosmologische modellen voorspellen dat donkere materie - of het nu WIMP's zijn of een andere vorm zoals "axions" - ons universum structuur geeft en meestal wordt vereenvoudigd als de "lijm" die ons universum bij elkaar houdt. Samenklonteren als een uitdijend 3D-web, donkere materie beïnvloedt de evolutie van sterrenstelsels. Als kralen aan een touwtje, deze donkere materie klontert door de zwaartekracht samen tot clusters van sterrenstelsels met daartussen enorme lege holtes.

Astronoom Vera Rubin, terwijl we de draaiing van sterrenstelsels observeren, merkte eerst op dat de meeste materie in sterrenstelsels niet kan worden gezien. Slechts een klein percentage is zichtbaar als de sterren, gas en stof; de rest wordt vastgehouden in een grote maar onzichtbare halo van donkere materie. Het is alsof ons zichtbare sterrenstelsel van gewone materie slechts de wieldop is van een enorm wiel van donkere materie dat zich ver buiten de grenzen van wat we kunnen zien uitstrekt.

In onderzoek gepubliceerd door Randall en haar team in 2013, een meer complexe kijk op donkere materie werd onderzocht en toegepast op dit enorme "donkere sterrenstelsel" waarin ons zichtbare sterrenstelsel is ingebed. In deze weergave, De halo van de donkere materie van onze melkweg bestaat niet uit slechts één type amorfe massa van niet-baryonische materie.

"Het lijkt heel vreemd om aan te nemen dat alle donkere materie uit slechts één type deeltje bestaat, ' schrijft Randall in haar opiniestuk. '... een onbevooroordeelde wetenschapper moet er niet van uitgaan dat donkere materie niet zo interessant is als gewone materie en noodzakelijkerwijs een diversiteit aan materie mist die vergelijkbaar is met de onze.'

Een rijk "schaduwuniversum"?

Net zoals ons zichtbare universum wordt bestuurd door het standaardmodel van de fysica - een goed geteste familie van deeltjes (inclusief het beroemde Higgs-deeltje) en krachten zou een rijk en gevarieerd model van donkere materiedeeltjes en duistere krachten kunnen werken in deze donkere galactische halo?

Dit onderzoek volgt het logische pad door aan te nemen dat er een rijke verscheidenheid aan onbekende fysica in de donkere sector is, zou er een universum kunnen zijn - laten we het het 'schaduwuniversum' noemen - dat parallel aan het onze bestaat en alle complexiteiten bezit die ons zichtbare universum te bieden heeft?

Astrofysici hebben in het verleden de hypothese geopperd dat "donkere sterren" - sterren gemaakt van donkere materie - mogelijk hebben bestaan ​​in ons oorspronkelijke universum en tot op de dag van vandaag kunnen bestaan. Als dit de zaak is, Randall stelt, misschien zijn er "donkere planeten" gevormd, te. Vervolgens gaat ze nog een stap verder:als er een familie van donkere materiedeeltjes is, geregeerd door krachten die alleen toegankelijk zijn in de donkere sector, zou dit rijk ook complexe chemie kunnen hebben? Als, zou er leven zijn?

Als er "schaduwleven" is dat zijn dagen parallel aan ons universum uitleeft, je kunt elke hoop om het te ontdekken vergeten, echter.

"Je hebt geen idee hoe schattig het leven in donkere materie kan zijn - en dat zal je vrijwel zeker ook nooit doen." Theoretisch fysicus Lisa Randall, schrijven in Nautilus

Schaduwleven zal in de schaduw blijven

Het kan verleidelijk zijn om deze hypothese te gebruiken om alledaagse mysteries of zelfs paranormale beweringen weg te redeneren die de wetenschap niet kan bevestigen. Wat als "geesten" of onverklaarbare "lichten in de lucht" deze duistere wezens zijn die hun aanwezigheid in ons rijk laten voelen?

Hoewel dit misschien een leuke sciencefictionverhaallijn oplevert, de duistere wezens zouden leven in het schaduwuniversum dat totaal onverenigbaar is met gewone materie. Hun deeltjes en krachten zouden geen invloed hebben op ons universum. Ik zou dit artikel kunnen typen diep in een regenwoud met donkere materie vol met wezens in een brullend ecosysteem van donkere materie, maar ik zou geen idee hebben.

Maar aangezien we samenleven met dit schaduwuniversum in dezelfde ruimtetijd - geen extra dimensies of meerdere universums vereist - is er is een signaal dat kan worden overgedragen.

Gravitatiegolven werden pas in 2016 ontdekt en de eerste detectie van deze rimpelingen in de ruimtetijd werd veroorzaakt door de botsing van zwarte gaten. Het lijkt aannemelijk dat zwaartekrachtsgolven zowel in de donkere sector als in ons heelal zouden worden gedetecteerd, maar alleen de krachtigste kosmische gebeurtenissen in de donkere sector zouden hier waarneembaar zijn.

Kortom, we zullen vrijwel zeker nooit het bestaan ​​van schattige donkere materie wezens bewijzen, maar Randall maakt een belangrijk punt. Bij het bedenken van de bron van donkere materie, we zouden er verstandig aan doen om voorbij ons vooroordeel te gaan dat donkere materie een eenvoudig deeltje is; het zou een complexe familie van donkere materiedeeltjes en krachten kunnen vertegenwoordigen die verder gaan dan we ons kunnen voorstellen.