Sverige med i jakten på mörk materia med nytt rymdteleskop

Den mörka materian, som endast interagerar med gravitation, har visat sig tuff att studera och har gäckat forskare. Att lista ut vad materian består av har varit som att leta efter en nål i en höstack. Med med ett nytt rymdteleskop hoppas den Europeiska rymdorganisationen Esa krympa höstacken avsevärt – och Sverige är med.

Det är rymdteleskopet Arrakhis som har fått grönt ljus från Esa. Det kompakta teleskopet ska studera mörk materia på ett liknande sätt som den för första gången upptäcktes av Lundaastronomen Knut Lundmark – genom att mäta ljuset från ljussvaga galaxer och dess utbredning.

– Man har försökt lista ut vad mörk materia är från partikelfysiken, men genom att studera den från vårt astronomperspektiv kan vi sätta begränsningar på vad det kan vara, berättar Oscar Agertz, lektor vid avdelningen för astrofysik vid Lunds universitet som leder Sveriges nod i Arrakhis.

För idag vet vi fortfarande inte vilken partikel som utgör mörk materia. Det man dock vet är att om det är en lätt partikel bör den röra sig snabbt och kallas för ”het” mörk materia. Ju tyngre den mörka materia-partikeln är, desto långsammare rör den sig och benämns därför som ”kall” mörk materia. Poängen är att det finns ett brett spektrum av möjligheter, från ”het” till ”kall” – ett spektrum som de hoppas kunna krympa genom att kolla på galaxer. Då mörk materia interagerar med vanlig materia genom gravitation, kan man kolla på hur pass ihopklumpad vanlig materia är i universum. 

– Ju varmare den mörka materian är, ju mindre struktur i det kosmiska filamentent – nätverket av galaxer – bör vi se, berättar Oscar Agertz, och forsätter:

– Med Arrakhis vill vi mäta ljuset från de absolut ljussvagaste dvärgalaxerna, där målet är att få en census av alla dvärggalaxer och stjärnströmmar runt nästan 100 Vintergats-liknande galaxer.

För att åstadkomma detta kommer Arrakhis bestå av fyra mindre speglar och se ut lite som två par kikare.

– Har man stora speglar bländar man teleskopet med de ljusstarka galaxerna, och då missar man detaljerna som kan lära oss om den mörka materian, förklarar Oscar Agertz och berättar att tekniken de använder sig av påbörjades inom amatörastronomin, som gjort flera framsteg inom fältet. Men då dessa observationer utförts från jorden med atmosfären som blockerar mycket ljus, menar han att man hittills endast har sett toppen av isberget.

– Vi hoppas kunna sätta en undre gräns för hur pass små galaxer kan bli, med det kan vi sätta en gräns på hur pass kall, eller varm, den mörka materian är. 

Samtidigt vill de med Arrakhis också kolla på galaxer som blivit sönderdragna av varandra i galaxkollisioner. Santi Roca Fabrega, också forskare vid Lunds universitet, berättar att man sett hål i de stjärnströmmar som uppstår av kolliderande galaxer som man tror beror på “dark matter subhalos”, små klot av mörk materia.

– Det viktiga här är att se hur många av dessa hål som kan observeras i ett statistiskt stort urval av stjärnströmmar. Ju fler vi lyckas observera, desto kallare borde den mörka materian vara, säger han, och fortsätter:
– Om vi lyckas mäta sådana så hade det också varit det första direkta beviset på att sådana här subhalos existerar.

Vid sin forskning använder de sig båda av teoretiska datorsimuleringar för att studera hur galaxer, såsom Vintergatan, har bildats. Sin teoretiska expertis inom fältet tar de med sig in i Arrakhisprojektet.

– Jag leder hela gruppen som dels gör förberedande simuleringar, dels också tar fram material som gör att vi kommer att kunna tolka och förstå observationerna när de börjar rulla in, berättar Santi Roca Fabrega.

När förväntas det ske? Arrakhis är ett av Esas kortare projekt, och förväntas vara på plats i jordens omloppsbana redan 2029 och kommer där att observera och samla in data i cirka fem år. 

– Men det som jag är mest exalterad över är att Arrakhis kommer låta oss upptäcka sånt vi inte ens vet om än, avslutar Santi Roca Fabrega.

Vad står Arrakhis för?	Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys
Vilka länder är med i samarbetet?	Schweiz, Storbritannien, Spanien (leder projektet), Sverige, USA, Österrike