Titta

UR Samtiden - Jakten på mörk materia

UR Samtiden - Jakten på mörk materiaDela
  1. Roligt att se så många här.

  2. Jag hoppas att ni inte tror att
    jag berättar vad mörk materia är.

  3. Det vet jag inte, men
    jag skulle gärna vilja veta det.

  4. Det kommer jag inte att svara på i
    dag, så de som väntar på det får gå.

  5. I stället kommer jag
    att prata om hur vi försöker hitta-

  6. -lösningen på mörkmaterians gåta.

  7. Vad gör vi för
    att försöka förstå mörk materia?

  8. Vi gör nåt så konstigt
    som att använda ljus.

  9. Det låter lite konstigt,
    men det är rätt lämpligt.

  10. 2015 är nämligen ljusets år,
    enligt Unesco-

  11. -så det passar ju bra.

  12. Jag kommer först berätta varför
    vi tror att mörk materia finns.

  13. Sen kommer jag prata om
    hur vi letar efter den med ljus.

  14. Jag vill börja med att mörk materia
    inte är samma sak som antimateria.

  15. Det brukar jag bli frågad när jag
    berättar vad jag håller på med.

  16. "Jaha, är mörk materia
    samma sak som antimateria?"

  17. Det är enkelt: mörk materia
    är precis som det låter mörk.

  18. Egentligen borde det heta
    svart materia.

  19. Men vi har översatt det
    från tyskan och sen engelskan-

  20. -så därför
    kallar vi det för mörk materia.

  21. Det ni behöver veta är att en galax
    som bara består av mörk materia-

  22. -ser ut så här. Jag har en pekare.

  23. Den ser ut så här.

  24. Men en galax som består av
    synlig materia ser ut så här.

  25. Det är inte svårare än så.

  26. Det som dyker ner i mörk materia
    är osynligt för våra ögon.

  27. Men den visar sig
    genom sin tyngdkraft.

  28. Den har en massa,
    så den kommer att ha tyngdkraft.

  29. Då kommer vi in på hur det
    uppenbarade sig till att börja med-

  30. -att det måste finnas mörk materia.

  31. Och det var just genom tyngdkraft.

  32. Då introducerar jag den
    första huvudkaraktären.

  33. Det är en astronom
    som föddes i Bulgarien 1898-

  34. -som heter Fritz Zwicky. Han flyttade
    till Schweiz när han var sex år.

  35. Han var en lurig person.
    Han var inte särskilt trevlig.

  36. Han myntade begreppet "sfärisk
    bastard" om folk han inte gillade.

  37. En sfärisk bastard är en bastard
    oavsett varifrån man tittar på honom.

  38. Men ofta är genier
    kanske lite otrevliga.

  39. Han har inte bara hittat mörk materia
    utan även upptäckt neutronstjärnorna.

  40. Dessutom har han femtio patent. Han
    jobbade lite med flygplansutveckling.

  41. Han tittade på en galaxhop.

  42. En galaxhop är en ansamling galaxer-

  43. -som på nåt sätt
    hålls ihop av dess tyngdkraft.

  44. På den tiden skrev man på tyska.
    1933 skrev han en artikel-

  45. -där han mätte hastigheterna
    på galaxerna i galaxhopen.

  46. Det är ungefär som en gas som åker.
    Partiklarna är gas och åker runt.

  47. Om du vill hålla ihop gasen måste
    nåt hålla ihop den - kanske en låda.

  48. I en galaxhop är det dess egen
    tyngdkraft som håller ihop hopen.

  49. Men det finns en relation mellan
    den hastighet som galaxerna får ha-

  50. -och den tyngdkraft
    som galaxhopen har.

  51. Han märkte att galaxerna
    i galaxhopen åker för fort.

  52. De åker så snabbt
    att galaxerna borde spridas ut.

  53. För att hopen ska kunna hålla ihop
    måste det finnas-

  54. -ungefär 400 gånger mer materia
    som vi inte ser än den synliga.

  55. Så han var den första, tror man,
    som hittat bevis för mörk materia.

  56. För på nåt sätt hjälper den till
    att hålla ihop galaxhopen.

  57. En annan viktig person är den
    amerikanska astronomen Vera Rubin-

  58. -född 1928 och fortfarande i livet.

  59. Hon är också spännande.

  60. Hon ville doktorera på Princeton-
    universitetet, men det fick hon inte.

  61. För på den tiden fick inte kvinnor
    doktorera i astronomi på Princeton.

  62. Det var först 1975
    som den regeln ändrades.

  63. Fram till 1975 fick kvinnor inte
    doktorera på Princeton, märkligt nog.

  64. Hon gjorde nåt lite liknande.

  65. Hon kollade på en galax - inte på
    en galaxhop utan en enskild galax-

  66. -och så mätte hon hastigheten
    av materialet i den galaxen.

  67. I en galax roterar ju allting
    kring galaxens centrum.

  68. Hastigheten med vilken saker
    roterar kring centrum-

  69. -beror på
    hur mycket massa som finns inuti-

  70. -positionen av det som man mäter
    och galaxens centrum.

  71. Enligt tyngdkraftslagen-

  72. -så skulle man förvänta sig när man
    räknar all synlig materia i en galax-

  73. -att hastigheten som funktion av
    avståndet till galaxens centrum-

  74. -skulle avta ungefär så här.

  75. Men det hon mätte
    var den gröna kurvan.

  76. Saker rör sig alltså för fort om man
    bara tar hänsyn till synlig materia.

  77. Egentligen borde den spridas
    och bara åka i väg med stjärnorna.

  78. De hålls ihop av nånting.

  79. Den här galaxen, Triangelgalaxen
    eller M-33, är lik vår egen galax.

  80. Här har jag indikerat
    var vi skulle ligga.

  81. Vårt solsystem
    rör sig med för stor hastighet-

  82. -om vi bara tittar till
    den synliga materian.

  83. När hon analyserade hur mycket
    materia som borde finnas inuti-

  84. -slöt hon sig till att det borde
    vara ungefär tio gånger mer materia.

  85. Så mätnoggrannheten är lite olika.

  86. Huvudslutsatsen återstår:
    att det finns en stor andel materia-

  87. -som inte är synlig, så att
    tyngdkraftsmätningarna kan stämma.

  88. Jag nämnde att Zwicky skulle vara den
    första som upptäckte mörk materia.

  89. Jag tror inte att det är korrekt,
    även om hela världen i princip-

  90. -refererar till Zwicky
    för upptäckten av mörk materia.

  91. Det finns en svensk astronom,
    Knut Lundmark-

  92. -som är ungefär samtida
    med Fritz Zwicky.

  93. Men han observerade också galaxer-

  94. -och mätte rotationshastigheten,
    ungefär som Rubin.

  95. Han hittade redan
    för stora hastigheter där.

  96. Han hittade mellan fem och hundra
    gånger mer mörk än vanlig materia.

  97. Men han tyckte inte
    att det var nåt märkvärdighet.

  98. "Det är nåt stoft som inte syns,
    eller så har jag gjort fel."

  99. Han publicerade det bara
    i observatoriets meddelanden-

  100. -så det är ganska förbisett-

  101. -men jag tror att Knut Lundmark var
    först att upptäcka mörk materia.

  102. Han har åtminstone fått en skola
    uppkallad efter sig i sin hembygd.

  103. Det här etablerades på 30-talet
    och fortsattes på 50-talet av Rubin.

  104. I dag har vi noggranna mätningar-

  105. -om hur mycket mörk materia
    som måste finnas.

  106. Det här är alltså en illustration av-

  107. -hur stor vår okunskap är
    om universums innehåll.

  108. Om man tar hänsyn
    till alla mätningar-

  109. -är ungefär 5 procent av
    universums innehåll synligt och känt-

  110. -medan 95 procent
    är osynligt och okänt.

  111. Det är ganska häpnadsväckande 2015.

  112. Om man kollar
    vad vi vet om sammansättningen...

  113. Det här är sammansättningen
    av vårt kosmos i detalj.

  114. Här har vi de synliga 5 procenten.

  115. Då vet vi
    att tunga element utgör ungefär...

  116. ...0,3 procent av allt. Det är
    neutriner, som är väldigt lätta.

  117. Sen har vi vanliga stjärnor,
    0,5 procent-

  118. -och så väte och helium
    som utgör 4 procent.

  119. Sen har vi den här stora biten,
    som är mörk materia-

  120. -och det är 25 procent.

  121. Sen har vi en ännu större bit,
    som heter mörk energi.

  122. På mörk materia har vi
    några teorier om vad det kan vara-

  123. -men inte om mörk energi.
    Den upptäcktes bara för tio år sen.

  124. Det kommer jag inte prata om i dag
    fast det är en stor bit av kakan.

  125. Jag kommer att fokusera
    enbart på den stora biten.

  126. Det är roligt att 95 procent
    av universum är okänt.

  127. För det har sagts många gånger
    att vi är vid kunskapens ände.

  128. 1470 skulle Columbus...

  129. ...åka västerut för
    att leta efter land.

  130. Han sökte pengar för det,
    som vi söker pengar för forskning nu-

  131. -hos spanska kungliga kommissionen.
    De avslog hans ansökan.

  132. De tyckte att eftersom det
    gått så lång tid sen skapelsen-

  133. -är det osannolikt
    att det finns mer att hitta västerut.

  134. Så han fick inga pengar.
    Det påminner om min egen situation.

  135. Men han hittade
    pengar nån annanstans-

  136. -för han upptäckte ju
    Amerika så småningom.

  137. Men inte bara forskningsfinansiärer
    har den här pessimistiska attityden-

  138. -utan det är fysiker själva ibland.

  139. Kelvin var en framstående fysiker
    som gett namn åt en temperaturskala.

  140. Han sa 1900: "There's nothing new
    to be discovered in physics now."

  141. Han tyckte allting var upptäckt.
    Man behövde inte syssla med fysik.

  142. Nu står jag här
    115 år efter att han sa det där-

  143. -och kan berätta att 95 procent
    av universums innehåll är okänt.

  144. Man blir ödmjuk inför
    vad man kan veta och inte veta.

  145. Det är en liten käpphäst som jag har.

  146. Ibland används det som argument:
    "Vad kan ni veta om vad som finns..."

  147. "...och inte finns,
    ni vetenskapsmän?"

  148. Och vi ska vara ödmjuka-

  149. -men vi måste följa
    ett vetenskapligt tillvägagångssätt.

  150. En vetenskaplig hypotes måste kunna
    testas experimentellt-

  151. -annars
    är det inte fysik utan filosofi.

  152. Jag befattar mig inte med hypoteser
    som inte kan testas experimentellt.

  153. När vi har gjort experiment-

  154. -och de inte stämmer med vår idé,
    måste vi kunna förkasta den.

  155. Även om jag älskar
    mina idéer om mörk materia-

  156. -kan jag inte hålla fast vid dem om
    mina experiment inte stämmer med dem.

  157. Det kommer vara
    mycket smärtsamt men nödvändigt.

  158. Okej,
    nu återgår vi till mörk materia.

  159. Vi har sett att galaxerna i
    galaxhoparna rör sig för snabbt.

  160. Stjärnor och moln i galaxen
    rör sig också för snabbt.

  161. Hur kan man då förklara det?
    Jag har kanske gått för långt-

  162. -för det finns två möjligheter att
    förklara det här. Antingen finns det-

  163. -nån ny typ
    av osynlig massa som vi inte ser-

  164. -men tyngdkraftslagen
    som vi bygger vårt resonemang på-

  165. -kanske måste modifieras.
    Det är också en möjlighet.

  166. De här två spåren har under lång tid
    efter upptäckten följts åt.

  167. Det är inte så
    att folk direkt har förkastat-

  168. -möjligheten att vi måste
    förändra vår tyngdkraftslag.

  169. Det är först för några år sen-

  170. -som spiken i kistan kom
    för den här förklaringen-

  171. -nämligen att vår tyngdkraftslag
    måste förändras.

  172. Då kom det observationer-

  173. -som använde sig av en metod
    som heter gravitationslinsning.

  174. Vad är då gravitationslinsning?

  175. Den allmänna relativitetsteorin, som
    Einstein ställde upp för 100 år sen-

  176. -den postulerar, vilket
    har bevisats genom många mätningar-

  177. -att rymden kröks av massa.

  178. Eftersom ljuset alltid följer
    den kortaste vägen i rymden-

  179. -kan man se
    att en stor massa agerar som en lins.

  180. Och den ändrar på ljusets väg genom
    universum. Det illustreras här.

  181. Vi har jorden här, och så
    står vi här och observerar nåt.

  182. Och så finns det
    en stor galax i siktlinjen.

  183. Bakom galaxen finns det kanske
    ett objekt som är ljusstarkt-

  184. -i det här fallet en kvasar,
    en ljusstark galax.

  185. Den skickar ut ljus.

  186. Ljuset kommer att krökas i
    tyngdkraftsfältet från galaxen.

  187. Och det kommer att gå så eller så.

  188. När vi då tittar åt det hållet
    ser vi en låtsasbild av kvasaren-

  189. -som om den vore härifrån,
    och här är en annan.

  190. Så flera bilder. Här har vi
    nån liten galax, som en lins-

  191. Och det är en avbildning
    av samma bakomliggande källa-

  192. -som avbildas fyra gånger här.

  193. Den fungerar precis som en lins, och
    filmen illustrerar effekten bättre.

  194. Vi har en galax,
    som vi tar bort för att se bättre-

  195. -och så har vi en källa bakom,
    i det här fallet en radiokälla-

  196. -och så ser man på högra sidan hur
    avbildningen skulle nås på jorden-

  197. -beroende på
    var bakom galaxen källan ligger.

  198. Då ser vi att när den är långt bort
    dyker den falska bilden upp-

  199. -och den här bilden förvrids.

  200. När källan ligger precis
    bakom galaxen bildas en ring-

  201. -som kallas Einsteinring för
    att hedra hans bidrag till teorin.

  202. Och man kan ju tänka sig
    att om man tittar exakt-

  203. -på hur de här bilderna ser ut-

  204. -kan man sluta sig till hur massan
    måste vara fördelad här inuti.

  205. Hur de ser ut påverkas av hur massan
    är fördelad inuti, och det är linsen.

  206. Då kan man lära sig om massa-
    fördelningen om t.ex. mörk materia.

  207. Den mörka materian skulle påverka
    de här bilderna här bakom.

  208. Så man kan räkna ut då
    hur massan borde ligga till.

  209. Och då har man
    gått tillbaka till galaxkluster...

  210. ...och försökt rekonstruera
    massfördelningen i galaxkluster...

  211. ...med hjälp av linsning
    och objekt bakom klustret.

  212. Det här är en film, och vi
    fokuserar på en galax i klustret-

  213. -för att få ett intryck av
    hur stor den är.

  214. Jag ska se om den funkar.
    Nej, det gör den förstås inte.

  215. Så, nu.

  216. Vi tittar på en galax,
    och sen åker vi ut från den.

  217. Snart. Den är ungefär
    lika stor som vår egen galax.

  218. Så åker vi ut.
    Allt det här är galaxer.

  219. Ganska dålig kvalitet.

  220. Nu ser vi hela klustret,
    som kan bestå av tusentals galaxer.

  221. Då har man observerat klustret
    vid olika våglängder.

  222. Först med vanliga teleskop-

  223. -och då får vi bilden
    som vi precis har sett.

  224. Sen har man dessutom försökt
    titta på den med andra våglängder.

  225. Samma problem här.

  226. Så.
    Det är alltid spännande med film...

  227. Då har då kollat i röntgen,
    och då ser man gasen.

  228. Det här röda är färglagd röntgen-
    strålning så att vi ska se det.

  229. Det finns inte bara galaxer
    utan också lös gas.

  230. Den är ganska varm, och därför
    strålar det röntgenstrålning.

  231. Man har sett det med röntgen-
    strålning och rekonstruerat massan-

  232. -genom att använda sig av
    linsning av objekt bakom klustret.

  233. Då har man räknat fram att här måste
    finnas en massa massa och här med.

  234. Då noterar man att gasen
    och den andra massan är separerad.

  235. De ligger alltså inte
    ovanpå varandra utan har separerats.

  236. För det andra ligger de
    på en sida av de här.

  237. Det här klustret
    är inte ett vanligt kluster-

  238. -utan ett som bildas när två stora
    galaxkluster krockar med varandra.

  239. Nu krockar de så att det ena
    åker ditåt och det andra ditåt.

  240. Och när gaserna möts
    bromsar de upp varandra-

  241. -för det är som om de kastar vatten
    på varandra. Det är nån viskositet.

  242. Men de mörka materierna
    växelverkar nästan inte alls.

  243. De rör sig genom varandra
    utan att påverkas.

  244. Det är därför den kör om gasen,
    kan man säga.

  245. Det har man då simulerat.

  246. Och det är
    en riktig simulering av fysiken.

  247. Det tar en liten stund...

  248. Man antar att klustret ser ut
    som en boll av mörk materia och gas-

  249. -och så låter vi dem krocka med
    varandra. Gasen bromsas upp-

  250. -när den krockar med den andra gasen,
    men den mörka materian åker vidare.

  251. Och den växelverkar inte riktigt.
    Det är ingen viskositet där.

  252. Här har vi en 3D-simulering.

  253. Och det ser ju...överraskande likt ut
    det som man har observerat då.

  254. Så det är ganska troligt
    det som har hänt.

  255. Det här blir svårt att förklara
    med en modifierad tyngdkraftslag.

  256. Man ser ju att olika typer av materia
    ligger bredvid varandra.

  257. Det är svårt att göra det här-

  258. -utan att postulera
    åtminstone...en partikel.

  259. Man kan tycka
    att det kanske var en slump-

  260. -men man har efter 2006 upptäckt
    en massa såna där system.

  261. Det här var det som kom efter.
    Det är ungefär likadant.

  262. Just nu tror jag man har 72 objekt
    där man kan se mörk materia separat.

  263. Nu är det bevisat
    bortom rimligt tvivel-

  264. -att det måste finnas en ny typ av
    materia som förklarar mörk materia.

  265. Vi har hittat effekter av den mörka
    materian på väldigt olika skalor-

  266. -i objekt
    som är av väldigt olika storlek.

  267. I galaxer och galaxkluster
    har vi pratat om.

  268. Storskalig struktur i universum kan
    man inte förklara utan mörk materia-

  269. -och inte heller
    kosmisk bakgrundsstrålning.

  270. Så det finns mörk materia i de här.
    Det går i storleksordning där.

  271. Tyngdkraftslagen är svår
    att modifiera för alla avstånd.

  272. Modifieringar på ett visst avstånd
    gäller inte på större avstånd.

  273. Det är svårt
    att modifiera för alla avstånd.

  274. Därför är det osannolikt
    att vi kan förklara observationerna-

  275. -utan att införa
    nån ny typ av materia.

  276. Okej.

  277. Vi vet nu -
    hoppas jag ni är övertygade om -

  278. -att den mörka materian är
    en eller flera nya partiklar-

  279. -men vi vet inte vad
    den här partikeln är för nånting.

  280. Resten av föreläsningen handlar om
    hur vi i Stockholm försöker-

  281. -hitta svaret på den här frågan.

  282. Vi använder oss
    just av gammastrålning-

  283. -för att hitta svaret på frågan.
    Det är det jag menar med ljus.

  284. Det var lite klurigt
    att kalla gammastrålning ljus-

  285. -men det är en speciell sorts ljus.

  286. Det här är
    det elektromagnetiska spektrumet.

  287. Då har vi
    strålning av olika våglängder.

  288. Vi börjar med radiovågor,
    som Sveriges Radio använder.

  289. Våglängden här är några meter
    eller några hundra meter.

  290. Den är långbågig
    för att kunna ta sig förbi byggnader.

  291. Våglängden måste vara stor jämfört
    med de strukturer den ska överkomma.

  292. Det skulle vara dumt av SR
    att sända i gammastrålningsområdet.

  293. Sen när vi går till kortare
    våglängder med högre energi-

  294. -kommer vi in i det synliga området,
    det som vi vanligtvis kallar ljus.

  295. Den har våglängd så att vi
    kan se encelliga organismer.

  296. Det är också rimligt-

  297. -för nu när vi tar optiska mikroskop
    för att se små saker-

  298. -är encelliga organismer det sista
    vi kan se med ett vanligt teleskop-

  299. -sen måste vi gå till avancerade
    teleskop för att se mindre saker.

  300. Här nere
    finns det nån temperaturskala.

  301. En kropp med en viss temperatur-

  302. -utstrålar strålning
    med en viss våglängd.

  303. Det gula området är
    mellan 100 kelvin och 10 000 kelvin.

  304. Det är alltså
    flera tusen grader celsius.

  305. En kropp som har den här temperaturen
    kommer att utstråla synligt ljus.

  306. Det är ingen slump heller. För solen
    är en kropp med den temperaturen.

  307. Den skickar ut
    just synligt ljus väldigt mycket.

  308. Det är därför vi
    har anpassats till att se solljus.

  309. Våra ögon har anpassats till den
    våglängd som är mest lämplig att se.

  310. Men om vi då går till ännu kortare
    våglängder och högre energier-

  311. -kommer vi till röntgenstrålning,
    som vi använder för röntgenbilder.

  312. Och ännu högre energier...

  313. De energirikaste ljuspartiklar
    som finns är gammastrålning.

  314. Och en kropp som
    skulle skicka ut gammastrålning-

  315. -ska ha en temperatur som är ungefär
    tio miljoner eller större grader.

  316. Jag kommer att använda den här
    konstiga enheten, elektronvolt.

  317. Det mäter helt enkelt energi, och
    det här är en miljard elektronvolt-

  318. -och tusen miljarder elektronvolt.

  319. Det är en energienhet, som kalorier-

  320. -men används
    för att mäta mindre energi-

  321. -än vad vi är vana vid i vår mat,
    till exempel.

  322. Okej. Gammastrålning har vi sagt.

  323. Och...

  324. Strålning som vi ser med blotta ögat
    uppkommer i termiska processer.

  325. Kroppen har en viss temperatur
    och utstrålar en viss strålning-

  326. -och den producerar synligt ljus,
    om kroppen är femtusen grader varm-

  327. -som vår sol. Men gammastrålning
    kan inte uppstå på det sättet.

  328. I en kropp på tio miljoner grader
    skulle atomkärnan falla sönder.

  329. Så det är inga termiska processer
    som producerar gammastrålning.

  330. På jorden finns det
    radioaktivt sönderfall-

  331. -och i universum finns det
    andra sätt att producera strålningen.

  332. När partiklar accelereras mycket
    avger de strålning, ibland gamma-.

  333. När partiklar sönderfaller
    kan det uppkomma strålning-

  334. -och det är just genom formeln
    som ni säkert känner till-

  335. -att energi = massa * ljushastigheten
    i kvadrat.

  336. Man kan omvandla massa till energi,
    vilket här vore gammastrålen.

  337. Om du har en partikel
    med tillräckligt stor massa-

  338. -kan det producera strålning
    som är högenergetisk.

  339. Även det i universum
    genom radioaktivt sönderfall.

  340. Det här är väldigt viktigt,
    så jag kommer att prata mer om det.

  341. För det är centralt
    i hur vi tänker oss-

  342. -att gammastrålningen
    uppkommer ur den mörka materian.

  343. Två partiklar kan man tänka sig
    möter och förintar varandra-

  344. -och i stället
    producerar två ljuspartiklar.

  345. Vi har mätt
    en sån process väldigt noggrant.

  346. Om vi kollar på
    elektron och positron-

  347. -positronen är
    elektronens antipartikel...

  348. När de krockar med varandra kan de
    förinta varandra och skapa strålning.

  349. Massan för elektronen
    är 511 kiloelektronvolt.

  350. Så när de förintar varandra
    ger det upphov till två fotoner-

  351. -som båda har en energi
    på 511 kiloelektroner.

  352. När positron och elektron förintar
    varandra bildas röntgenstrålning.

  353. Det har vi mätt i femtio år.

  354. Vad har det
    att göra med mörk materia?

  355. Mörk materia kanske producerar
    gammastrålning på liknande sätt.

  356. Vi antar ju att det finns nån
    partikel som är mörk materia.

  357. Och vi gillar grekiska bokstäver,
    så vi kallar den vanligtvis för chi.

  358. Den här partikeln kanske kan
    annihilera precis som elektronen-

  359. -med en annan mörk materiepartikel.

  360. När det sker
    kanske det kommer ut fotoner.

  361. Och de har energi
    som motsvarar partikelns massa.

  362. Men eftersom de här partiklarna
    vore tyngre än elektronen-

  363. -och det är ett antagande vi gör-

  364. -på grund av att om den är lättare
    skulle vi antagligen ha hittat den-

  365. -kommer ljuspartikelns energi
    vara mycket högre-

  366. -ungefär en miljon gånger större
    än elektronens energi.

  367. Då är det just
    i gammastrålningsområdet.

  368. Det är sannolikt
    att om partikeln finns-

  369. -och de förintar varandra, så ger
    det upphov till just gammastrålning.

  370. Därför är det lämpligt
    att leta i det våglängdsområdet.

  371. Bara för att inte ljuga
    om enkelheten i problemet-

  372. -så är det inte nödvändigtvis så-

  373. -att bara två gammapartiklar
    kommer ut och har den energin-

  374. -som den här partikeln har massa-

  375. -utan andra partiklar kan produceras
    och sönderfalla till gamma.

  376. Så det kommer ut ett antal
    olika energier från den processen.

  377. Det är det vi kan leta efter.

  378. Mörk materia
    ser vi genom dess tyngdkraft.

  379. Vi vet att det är en partikel
    eller flera partiklar. Om vi har tur-

  380. -förintar de varandra
    och ger upphov till gammastrålning.

  381. Det är inte bara så
    att vi hoppas på det-

  382. -utan det är
    en väl motiverad hypotes-

  383. -som har andra argument
    som jag inte hinner gå igenom.

  384. Det är en bra gissning
    att det här kommer att ske.

  385. Vi vet inte om det är sant,
    men det är en solid arbetshypotes.

  386. Då är det värt att gå igenom
    hur vi kan mäta gammastrålningen.

  387. Det första sättet är att använda
    nåt som kallas tjerenkovljus.

  388. Och det är kanske nåt spännande.

  389. Alla har säkert hört att
    inget kan färdas snabbare ä ljus.

  390. Och det är inte helt sant.
    För det här gäller i vakuum.

  391. Men i ett medium, som luft, är
    ljusets hastighet lägre än i vakuum.

  392. Och regeln gäller
    absolut ljushastighet i tomhet.

  393. Det kan finnas partiklar som
    är snabbare än ljus i t.ex. luft.

  394. Men när partiklar
    färdas snabbare än ljus i luft-

  395. -bildas ett synligt ljus
    som kallas för tjerenkovljus.

  396. Det kommer i nån slags chockfront,
    så det blir nån blixt av det.

  397. Det hela är analogt till ett objekt
    som rör sig snabbare än ljudet-

  398. -som ett stridsflygplan här.
    Då uppstår ju som vi vet en smäll.

  399. Samma sak händer med partiklar-

  400. -som åker snabbare än ljuset:
    de ger upphov till ljus.

  401. Om vi detekterar det här ljuset-

  402. -kan vi med det mäta
    de här väldigt snabba partiklarna.

  403. Det här ljuset är synligt.
    Det kanske vissa har sett-

  404. -om ni har besökt en kärnreaktor.

  405. Ur en reaktor kommer det radioaktiva
    partiklar i hög hastighet.

  406. Där de rör sig genom vattnet
    kan det bildas tjerenkovljus.

  407. Det är lite blåaktigt.
    Det kan man se.

  408. Men hur ska vi använda oss av det,
    då?

  409. När gammastrålen
    kommer från rymden-

  410. -krockar den med jordens atmosfär.

  411. När den gör det producerar den
    en massa partiklar i en skur.

  412. Eftersom gammastrålarna har hög
    energi rör sig partiklarna snabbt.

  413. De är snabbare än ljus i luft.

  414. Gammastrålen kommer att krocka
    ganska högt upp i atmosfären.

  415. Och de här skurarna
    producerar en tjerenkovblixt-

  416. -som kommer att åka till jordens yta.

  417. Inte mycket ljus kommer ut.

  418. Eftersom det händer högt upp
    sprids det ut på en stor yta-

  419. -och dessutom blir det få
    ljuspartiklar per kvadratmeter.

  420. Men om vi sätter dit jättestora
    teleskop som kan samla ljuset-

  421. -och kanske flera, så att vi vet
    varifrån gammastrålen kommer.

  422. Då kanske vi har en chans att se-

  423. -gammastrålen
    som kommer från mörk materia.

  424. Med de här teleskopen räknar man
    fotonerna och mäter deras riktning.

  425. Då kan man göra bilder
    av himlen i gammastrålning.

  426. Här byggs det upp en källa. Här
    har man kollat efter gammastrålar-

  427. -och så har man sett tio såna, och
    det här är då himmelskoordinater.

  428. Man kan göra avbildningar av himlen
    i gammastrålning med såna instrument.

  429. Det här är världens största...

  430. ...tjerenkovteleskop, High Energy
    Stereoscopic System, som de kallas.

  431. Det är tvåhundra forskare från
    hela världen, bland annat Sverige-

  432. -som har jobbat med det här.
    Det största teleskopet står i mitten-

  433. -och så fyra lite utanför.

  434. Den här är belägen
    i Namibia i södra Afrika.

  435. Vädret är så bra där.

  436. Man vill inte vara långt ifrån
    när krocken händer-

  437. -så man lägger gärna upp det
    på 2 000-3 000 meter.

  438. Man behöver en högplatå och så vill
    man gärna ha väldigt fint väder.

  439. Så det är det enda stället
    man kan lägga den på.

  440. I Sverige skulle det inte fungera.

  441. Jag gillar
    den här bilden väldigt mycket.

  442. Här står det en snubbe
    och reparerar nånting.

  443. Här ser man storleken på teleskopet.

  444. Man kan jämföra med människan.

  445. Jag har en ganska fin film.

  446. Vi ska se om jag kan fixa den...

  447. Det här teleskopet
    ska ju riktas på nåt sätt.

  448. Här ser man hur den här rör sig.

  449. Då ska man titta nånstans och se om
    det kommer gammastrålning därifrån.

  450. Ibland är det explosioner
    som ska ge gammastrålning-

  451. -och då vill man vända
    teleskopet väldigt snabbt.

  452. Det här ser inte så himla snabbt ut,
    men det är 580 ton som rör sig.

  453. Så det är imponerande att den
    rör sig så snabbt utan att gå sönder.

  454. Det var också lite hotfullt att
    spegla sig i den här stora spegeln.

  455. Jag har aldrig
    speglat mig i en sån stor spegel.

  456. Då kan vi återgå...
    till vår presentation.

  457. Vänta...

  458. Så tjerenkovteleskop är
    ett sätt att mäta gammastrålning.

  459. Problemet med tjerenkovteleskop är...

  460. ...att skuren av partiklar måste vara
    stor och producera mycket ljus.

  461. Det kommer bara funka
    vid väldigt hög energi.

  462. Men vi vill se gammastrålning
    även vid lägre energier.

  463. Vi vet ju inte vad den här
    mörkmateriepartikeln är för nåt.

  464. Hur gör vi
    för att se de här vid lägre energier?

  465. För att atmosfären
    släpper inte igenom det.

  466. Och då är
    det enda sättet att göra det-

  467. -att sätta nån slags partikeldetektor
    på en satellit-

  468. -och mäta gammastrålningen
    i detektorn.

  469. Och det har vi gjort. Det finns nåt
    som heter Fermisatelliten.

  470. Det är som så ofta
    ett internationellt samarbete.

  471. Sverige, Tyskland och USA...

  472. Partikeldetektorn
    sitter alltså på satelliten här.

  473. Det kommer in gammastrålning som vi
    kan mäta med olika detektorer.

  474. Och i Sverige är vi kanske ett tiotal
    som jobbar med det här experimentet.

  475. Den heter Fermi efter den här killen,
    Enrico Fermi.

  476. Han är en av de största fysikerna
    under det förra seklet.

  477. Jag hoppas att det inte gäller er.

  478. Han fick alltså
    ge namn åt satelliten.

  479. NASA brukar namnge
    efter berömda fysiker.

  480. Till exempel Hubble,
    Spitzer, Fermi och Webb.

  481. Satelliten sköts upp 2008,
    så inte så längesen.

  482. Det funkar sen dess
    att ta bilder på himlen.

  483. Vi har gjort en massa trevliga saker
    med datan den har levererat hittills.

  484. Den har producerat såna där kartor.
    Det är en himmelsk karta...

  485. ...eller en karta över himlen
    i gammastrålning.

  486. Nu tänker ni "wow, är allt det här
    mörk materia?". Men tyvärr inte.

  487. Det finns en massa källor som vi vet
    ger upphov till gammastrålning.

  488. Det här ljusa bandet är
    vår egen galax, vår vintergata.

  489. Så den starkaste gammakällan
    är den här Vintergatan.

  490. Laddade partiklar
    krockar med gasen i Vintergatan-

  491. -och ger upphov till gammastrålning.

  492. Om ni tittar noga
    ser ni lite punkter här ovanför.

  493. De flesta av dem är en av de här
    sakerna, som orsakar gammastrålning.

  494. Vi har till exempel rester av
    stjärnexplosioner - supernovor.

  495. Neutronstjärnorna ger
    också upphov till gammastrålning-

  496. -så de är ju delar av vår galax.

  497. Sen finns det jättelika svarta hål
    som är en miljon gånger tyngre-

  498. -än vår egen sol.

  499. Även de ger upphov
    till gammastrålning.

  500. Slutligen har vi gammautbrotten-

  501. -som är
    väldigt kraftfulla explosioner.

  502. Så kraftfulla att på några sekunder-

  503. -strålar de ut lika mycket energi
    som solen under hela dess livstid.

  504. De största explosionerna i universum.

  505. Det finns en myriad med forskare
    på vart och ett av de här objekten.

  506. Så det är ett aktivt forskningsfält
    bara att förstå de här objekten.

  507. För mig är de här
    mest störningsmoment.

  508. Jag vill helst bli av med dem.

  509. Och hur gör vi då?

  510. Hur vet vi att det är nån "gamma-ray
    burst" eller ett svart hål-

  511. -och inte mörk materia?
    Jo, det vi kan använda bland annat-

  512. -är att energifördelningen är olika.
    Vad menar jag med energifördelning?

  513. Vi räknar och mäter gammastrålarna-

  514. -sen räknar vi upp hur många gamma-
    strålar det fanns med en viss energi.

  515. I den här energin
    fanns så här många gammastrålar-

  516. -och i den här så här många.

  517. Så gör vi det för varje energi
    och får en sån här fördelning.

  518. Just när gammastrålar uppkommer
    i samband med svarta hål-

  519. -vet vi att det ser ut så här.

  520. Det finns många gammastrålar med
    låg energi och färre vid hög energi.

  521. Ni behöver inte bry er
    om den här skalan.

  522. När vi sen tänker oss partiklar
    av mörk materia som krockar-

  523. -kan vi räkna ut att det bildas andra
    partiklar först och sen gammastrålar.

  524. Och vi kan räkna ut,
    ganska noggrant-

  525. -hur fördelningen ska se ut
    om det är partiklar som kommer.

  526. Då ser det ut så här -
    helt annorlunda.

  527. Om vi räknar vid låg energi
    finns det ganska få.

  528. Sen finns det nån slags maximum där
    vi har ganska många, sen går det ner.

  529. Vi mäter gammastrålen och deras
    energi och sen räknar vi dem-

  530. -och då kan vi om vi har tur
    skilja på de här källorna.

  531. Då har vi instrument som kan mäta-

  532. -vi har nåt slags verktyg,
    att mäta deras energi.

  533. Men var ska vi titta efter de här?

  534. Då har man gjort
    gigantiska simuleringar-

  535. -som sätter mörk materia som växel-
    verkar med tyngdkraften i nån låda-

  536. -och så väntar man
    och ser vad som händer.

  537. Var samlas mörkmateriepartiklarna?

  538. Och de samlas
    precis som vanlig materia.

  539. Där vanlig materia är tätast
    verkar mörk materia vara det.

  540. Det är på de platserna vi vill
    titta efter mörk materia - tyvärr.

  541. För sannolikheten är större att vi
    ser gammastrålning från andra källor-

  542. -men vi måste leva med det.

  543. Galaxens centrum skulle vara
    en bra plats att leta på.

  544. Vi har en bild
    på en sån här simulering.

  545. Det är en kub
    30 000 gånger större än Vintergatan.

  546. Varje liten plopp är en galax i sig.

  547. Då har man zoomat in här,
    och varje plopp är en galax i sig.

  548. Det finns en himla massa ploppar
    vi kan titta på-

  549. -för att leta efter mörk materia.

  550. Okej. Då är jag nästan färdig.

  551. Det enda som återstår är
    att berätta hur långt vi har kommit.

  552. Jag har ju redan avslöjat att vi inte
    hittat mörk materia, men ändå.

  553. Det senaste genombrottet
    skedde faktiskt här i Stockholm.

  554. Det var min doktorand,
    Maja Llena Garde.

  555. Jag ger födelsedatum - hon lever.

  556. Kanske blir hon nästa Vera Rubin.

  557. Men vi har alltså gjort en...

  558. Vi har letat efter mörk materia, och
    det har blivit lite pressreleases.

  559. Vi kollar på
    ett objekt som heter dvärggalax.

  560. Och de är mycket lämpliga. En
    dvärggalax är en liten minigalax-

  561. -som är tyngdkraftsbunden
    till vår egen Vintergata.

  562. MW står för Milky Way,
    som är Vintergatan.

  563. Sen har vi objekt efter
    konstellationer de finns i.

  564. Leo 1, Leo 2. Det är dvärggalaxer.

  565. T.ex. Stora magellanska molnet, som
    är 20 gånger mindre än Vintergatan.

  566. Den är en av de största.
    Den finns här.

  567. Och varför är de så lämpliga?
    Jo, de har ganska få saker i sig-

  568. -men är gravitationellt bundna. Så de
    innehåller nog mest mörk materia.

  569. Så det är nog inte så mycket annat
    som ger gammastrålning-

  570. -förutom just mörkmaterian
    som vi letar efter.

  571. Så det är lämpligt att titta där.

  572. Sen kom vi på att om vi är smarta
    kollar vi inte på en galax-

  573. -utan på alla galaxer samtidigt.

  574. Och det knepet gjorde att vi
    gjorde stora framsteg i känslighet.

  575. Och det är svårt att förklara
    för nån som inte jobbar med fältet.

  576. Okej, vad såg vi? Ingenting.

  577. Det har jag avslöjat flera gånger.

  578. Men det är inte
    fullt så deprimerande som det låter.

  579. Eftersom experimentet var så känsligt
    borde vi ha sett en signal-

  580. -om mörka materians partiklar
    vore som förväntat.

  581. Så många tyckte
    att det här nog var mörk materia.

  582. Det har funnits en slags konsensus.

  583. Man hade inte
    kunnat testa hypoteserna-

  584. -men med vår metod har vi
    kunnat börja testa hypoteserna.

  585. Många blev besvikna-

  586. -men så länge vi inte vet
    vad mörk materia är-

  587. -så är det näst bäst
    att veta vad det inte är.

  588. Jag ska försöka
    illustrera framsteget-

  589. -vilket vore lättare om vi sett
    mörk materia, men vi försöker ändå.

  590. Det här är nåt slags rum.

  591. Nånstans i rummet finns mörk materia.

  592. Och vi började leta här uppe,
    för 35 år sen.

  593. Då började vi att leta.

  594. Tyvärr är det svårare
    att gå ditåt än ditåt.

  595. Vi går väldigt långsamt åt det hållet
    och letar efter mörk materia.

  596. Det vi vet om mörk
    materia skulle göra-

  597. -att vi förväntar oss den
    bara här nere.

  598. Det är långt från
    där vi börjar leta.

  599. Men vi kan inte ha fördomar, för vi
    är forskare, så vi börjar där uppe.

  600. Och vi måste förbättra våra
    sökmetoder så att vi når ner.

  601. Vi jobbar på. Tjugo år senare
    har vi kommit dit.

  602. Imponerande. På tjugo år har vi
    täckt in det här lilla området.

  603. Det är lättare
    att leta här nere än där uppe.

  604. Så vi har kommit så långt.
    Vi fortsätter knega på.

  605. 2010 har vi kommit så här långt.
    Fortfarande ganska långt kvar.

  606. Det här har en mening.
    Tyngre partiklar av mörk materia-

  607. -ligger här uppe
    och lättare här nere.

  608. Det är lite lättare
    att hitta lätta partiklar än tunga.

  609. Sen kom Maja med sin analys.

  610. Vilket kliv, eller hur?

  611. För första gången har vi faktiskt
    kommit ner till det här...

  612. ...ganska avlägsna området där folk
    tyckte att materian borde finnas.

  613. Då har vi kunnat säga att den inte
    kan vara lättare än 30 på skalan-

  614. -30 gånger protonmassan.

  615. Så det var roligt
    att vi kunde utesluta-

  616. -om än inte lika roligt
    som om vi hittat nåt.

  617. Vi har fortsatt och tryckt
    det här upp till 100 protonmassor.

  618. Det var 2015. Bara för nån månad sen
    skickade vi in ett paper om det.

  619. Det är nuläget när det gäller
    jakten på mörk materia.

  620. Men, vad kommer att ske?
    Vi kommer att fortsätta leta.

  621. Inom några år kommer vi
    att utesluta så här mycket.

  622. Inom fem till tio år ungefär-

  623. -om vi då använder oss
    både av teleskopen och satelliten-

  624. -kommer vi kanske
    kunna titta på hela området.

  625. Att utesluta är inte så kul,
    men vi kanske har tur.

  626. Jag är ganska optimistisk.

  627. Vi kanske hittar en
    strax ovanför var vi är nu.

  628. Och då blir det förstås fest.

  629. Det blir Nobelpris för någon -
    inte mig.

  630. Men i vilket fall som helst
    är det så-

  631. -att även om vi inte hittar nånting
    behövs det paradigmskiften.

  632. Det vi tror om mörk materia
    kan inte vara sant då.

  633. Vi måste hitta på nåt helt annat då.

  634. Det finns andra partiklar
    som man kan tänka sig.

  635. Det blir den tidens problem.

  636. Jag kan sammanfatta
    innan frågestunden börjar.

  637. Den fundamentala fysiken
    är långtifrån slut.

  638. 95 procent
    har vi ingen aning om vad det är.

  639. Även om vi löser den mörka materian
    har vi kvar den mörka energin.

  640. Så det kommer ta ett tag
    innan vi har löst allt det här.

  641. Den mörka materian är vanligast, så
    den borde kallas "vanlig materia"-

  642. -och synlig materia för "ovanlig",
    men vi måste inte förvirra.

  643. Vi vet att den består av en
    eller flera nya sorters partiklar.

  644. Vi letar efter dessa
    med satelliter och teleskop.

  645. Jag har inte haft tid,
    men det finns andra sätt.

  646. Bland annat kan man försöka producera
    såna partiklar vid acceleratorer.

  647. I CERN där man krockar partiklar
    hoppas man att mörk materia uppstår.

  648. Det finns olika sätt,
    men jag håller på mest med det här.

  649. Vi har gjort stora genombrott...

  650. Oj, nu har jag zoomat in.

  651. ...stora genombrott, och det kommer
    vara spännande i tio år till.

  652. Så det är hett nu.

  653. Om vi inte ser nånting
    inom det närmaste årtiondet-

  654. -då måste vi hitta på nåt helt nytt,
    som vi inte vet än så länge.

  655. Tack.

  656. Textning: Markus Svensson
    www.btistudios.com

Hjälp

Stäng

Skapa klipp

Klippets starttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.

Klippets sluttid

Ange tiden som sekunder, mm:ss eller hh:mm:ss.Sluttiden behöver vara efter starttiden.

Bädda in ditt klipp:

Bädda in programmet

Du som arbetar som lärare får bädda in program från UR om programmet ska användas för utbildning. Godkänn användarvillkoren för att fortsätta din inbäddning.

tillbaka

Bädda in programmet

tillbaka

UR Samtiden - Jakten på mörk materia

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Jan Conrad, professor i astropartikelfysik vid Stockholms universitet, berättar hur fysiker arbetar för att lista ut vad den mörka materian egentligen består av. Mörk materia har fått sitt namn av att den bara kan observeras indirekt, genom hur den påverkar vanlig materia via gravitationen. Med sin forskning har Jan Conrad och hans kollegor kunnat utesluta en del teorier om vad mörk materia består av. Han förutspår att inom ett antal år har fysikerna löst gåtan. Inspelat den 22 april 2015 på Fanfaren i Farsta Stockholm. Arrangör: Stockholms universitet.

Ämnen:
Fysik > Astronomi
Ämnesord:
Astronomi, Kärnfysik, Mörk materia, Naturvetenskap, Partikelfysik, Universum
Utbildningsnivå:
Högskola

Mer högskola & fysik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - En miljard protonkollisioner

Sara Strandberg, partikelfysiker vid Stockholms universitet, berättar om materiens minst kända beståndsdelar och jakten på ännu oupptäckta partiklar, såsom supersymmetriska partiklar. Här beskriver hon standardmodellen för universums minsta partiklar men också de frågor som den modellen lämnar obesvarade: Vad består universums mörka materia av? Varför finns det mer materia än antimateria i universum? Varför är gravitationen så mycket svagare än universums andra tre krafter? Inspelat den 28 januari 2016 på Stockholms universitet. Arrangör: Stockholms universitet.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd
Titta UR Samtiden - Världsröstdagen 2016

Härma ljud

Varför ska alla pip från köksmaskiner envisas med att låta likadant? Och hur ska framtidens elbilar låta? Sten Ternström, professor i musikakustik på KTH, berättar om ljud ur ett forskningsperspektiv. På KTH skapar man en ljuddatabas med saker vi hört eller aldrig hört, en samling av imitationer. Inspelat den 16 april 2016 på Operahögskolan, Stockholm. Arrangör: Ideella föreningen World Voice.