Mörk materia och mörk energi är två av universums största mysterier. Tillsammans utgör de cirka 95 % av all massa och energi i kosmos – medan all vanlig materia (stjärnor, planeter, gas, du och jag) bara står för ungefär 5 %.
Mörk materia
Mörk materia är en osynlig form av materia som varken sänder ut, absorberar eller reflekterar ljus (eller annan elektromagnetisk strålning). Vi kan därför inte se den direkt, men vi märker dess gravitationella påverkan.
Bevisen är många och oberoende av varandra:
• Galaxers rotationskurvor (
Catalog Number: Rubin Vera A2
Portrait of Vera Rubin with globes. Credit: Photograph by Mark Godfrey, courtesy AIP Emilio Segre Visual Archives
1 slide (RGB; 35 mm)
s klassiska observationer): Stjärnor ytterst ute i spiralgalaxer rör sig mycket snabbare än de borde om bara den synliga materien fanns. Det krävs enorma mängder osynlig massa för att hålla dem kvar.
• Galaxhopar rör sig och håller ihop på ett sätt som kräver extra massa.
• Gravitationell linsning: Ljus från avlägsna objekt böjs mer än vad den synliga materien kan förklara.
• Den kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB) och hur strukturen i universum har vuxit fram.
Mörk materia klumpar ihop sig (precis som vanlig materia) och drar saker till sig via gravitation. Den utgör ungefär 27 % av universums totala energiinnehåll och omkring 85 % av all materia. Vi vet fortfarande inte vad den består av – de ledande kandidaterna är hypotetiska partiklar som WIMP:ar (Weakly Interacting Massive Particles) eller axioner, men ingen har ännu upptäckts direkt trots många experiment.
Mörk energi
Mörk energi är något helt annat. Det är inte materia alls, utan en mystisk energiform (eller egenskap hos själva rummet) som får universums expansion att accelerera.
Upptäckten kom 1998 när två oberoende forskarlag studerade avlägsna typ Ia-supernovor och fann att universum inte bromsas in (som man trott) utan tvärtom expanderar allt snabbare. Detta gav Nobelpriset i fysik 2011.
Mörk energi är jämnt fördelad överallt i rymden och verkar frastötande (den “trycker isär”). Den utgör ungefär 68 % av universums energiinnehåll. Den enklaste förklaringen är Einsteins kosmologiska konstant (Λ) – en konstant energitäthet i vakuum – men det finns också teorier om att den kan förändras över tid (något som nyare mätningar från DESI och andra experiment ger vissa svaga tecken på).
Skillnaden i korthet
De är alltså två skilda fenomen trots de liknande namnen. Mörk materia hjälper till att bygga upp galaxer och strukturer, medan mörk energi på de största skalorna tar över och driver galaxerna längre ifrån varandra.
Båda är fortfarande okända till sin natur – vi ser bara deras effekter. Det är därför observatorier som Vera C. Rubin-observatoriet (som just nu kartlägger himlen) och satelliter som Euclid är så viktiga: de ska hjälpa oss förstå mer om dessa mystiska komponenter som dominerar vårt universum.
WIMP och axioner är de två mest populära kandidaterna till vad mörk materia kan bestå av. De är båda hypotetiska partiklar som ännu inte har upptäckts.
WIMP – Weakly Interacting Massive Particles
WIMP står för Weakly Interacting Massive Particles (svagt interagerande massiva partiklar).
• Vad det är: Tunga partiklar med massa typiskt mellan ungefär 10 GeV och några TeV (alltså tyngre än de flesta kända partiklar, upp till ungefär tusen gånger protonens massa).
• Hur de interagerar: Bara genom gravitation och den svaga kärnkraften (eller en kraft som är lika svag eller svagare). De växelverkar alltså extremt sällan med vanlig materia.
• Varför de är intressanta: Det finns något som kallas ”WIMP-miraklet”. Om sådana partiklar fanns i termisk jämvikt i det tidiga, heta universum och sedan ”frös ut” (freeze-out), så får man automatiskt ungefär den mängd mörk materia vi observerar idag – utan att finjustera parametrarna särskilt mycket.
• Teoretisk bakgrund: De dyker naturligt upp i många utökningar av standardmodellen, särskilt supersymmetri (där den lättaste supersymmetriska partikeln, ofta neutralinon, kan vara en WIMP).
• Hur man söker dem:
• Direkt detektion i underjordiska experiment (t.ex. LZ, XENONnT, PandaX) som letar efter enstaka kollisioner med atomkärnor.
• Indirekt detektion via annihilationsprodukter (gammastrålning, neutriner, kosmisk strålning).
• Produktion vid partikelacceleratorer som LHC.
Hittills (2026) har man inte hittat några WIMP:ar. Gränserna blir allt strängare, och de enklaste modellerna är kraftigt begränsade, men utrymme finns fortfarande kvar.
Axioner
Axioner är en helt annan typ av partikel – extremt lätta och mer vågliknande.
• Vad det är: Hypotetiska bosoner (spin 0) med mycket låg massa. Den klassiska QCD-axionen (kopplad till den starka kraften) har typiskt massa i området mikroelektronvolt (μeV) upp till några milli-eV. Det finns också mer generella axion-lika partiklar (ALP:er) med ännu bredare massintervall.
• Ursprung: Föreslogs 1977–1978 av Roberto Peccei, Helen Quinn, Steven Weinberg och Frank Wilczek. Syftet var att lösa det så kallade starka CP-problemet – varför den starka kraften (kvantkromodynamiken) inte bryter CP-symmetrin mer än den gör (neutronens elektriska dipolmoment är extremt litet).
• Varför de kan vara mörk materia: Genom den så kallade misalignment-mekanismen kan axionfältet i det tidiga universum börja oscillera och ge upphov till rätt mängd kalla mörk materia. De uppför sig mer som koherenta vågor än som klassiska partiklar.
• Hur de interagerar: Extremt svagt. Den viktigaste växelverkan är att de kan omvandlas till (eller från) fotoner i starka magnetfält.
• Hur man söker dem:
• Haloskop (t.ex. ADMX, HAYSTAC, CAPP) – håligheter i starka magnetfält som ”lyssnar” efter omvandling till mikrovågor.
• Solaxionexperiment (CAST m.fl.).
• Astrofysiska observationer och framtida mer känsliga experiment.
Axioner har blivit allt mer populära de senaste åren, delvis för att WIMP-sökningarna inte gett resultat och delvis för att de löser både mörk materia och ett fundamentalt problem i partikelfysiken.
Båda är fortfarande rena hypoteser. Experimenten fortsätter att begränsa vilka massor och växelverkansstyrkor som är möjliga, och nya detektorer och analysmetoder utvecklas ständigt.
Mörk materia och mörk energi är två av universums största mysterier.
WIMP-miraklet (engelska: WIMP miracle) är det anmärkningsvärda sammanträffandet som gjorde WIMP:ar till den mest populära kandidaten för mörk materia under flera decennier.
Hur det fungerar
I det tidiga, heta universum var alla partiklar i termisk jämvikt. När universum svalnade och expanderade blev partiklarna till slut för glesa för att annihilera varandra effektivt – de ”frös ut” (freeze-out).
För en partikel som:
• har massa ungefär i elektroweak-skalan (ca 10 GeV – några TeV), och
• växelverkar med ungefär samma styrka som den svaga kraften,
blir annihilationshastigheten naturligt så stor att den mängd partiklar som blir kvar precis stämmer överens med den observerade densiteten av mörk materia idag (Ωₕ² ≈ 0,12).
Den kritiska annihilations-tvärsnittet som behövs är ungefär
⟨σv⟩ ≈ 3 × 10⁻²⁶ cm³/s
– och det är just den storleksordning man får för en partikel med svag växelverkan och massa kring 100 GeV–1 TeV. 8).
GeV står för Giga-elektronvolt.
Det är en enhet för energi (och därmed också massa) som används inom partikelfysik och högenergifysik.
Vad betyder det?
• 1 eV (elektronvolt) = den energi en elektron får när den accelereras genom en spänning på 1 volt.
• 1 GeV = 1 miljard elektronvolt = 10^9 eV.
Eftersom energi och massa är samma sak enligt E = mc^2, används GeV också för att ange partiklars massa.
Varför det kallas ett ”mirakel”
Det är en trippel-sammanträffande:
1. Partikelfysik – supersymmetri och andra teorier som löser hierarkiproblemet (varför Higgsbosonen är så lätt) förutspår ofta stabila partiklar precis i denna massregion.
2. Kosmologi – samma mass- och växelverkansstyrka ger automatiskt rätt mängd mörk materia via termisk freeze-out.
3. Experiment – dessa partiklar borde i princip vara möjliga att upptäcka i underjordiska detektorer, LHC och indirekta sökningar.
Man behövde alltså inte finjustera parametrarna särskilt mycket – det ”bara stämde”. Det är därför det fick namnet WIMP-miraklet.
Status idag
De enklaste och mest lovande WIMP-modellerna (särskilt de med svag växelverkan i elektroweak-skalan) har blivit kraftigt begränsade av LHC och de stora xenon-experimenten (LZ, XENONnT, PandaX). Därför säger många att det klassiska WIMP-miraklet har försvagats eller ”dött”.
Idén om partiklar som producerats termiskt och ger rätt mängd mörk materia lever dock kvar – men ofta med svagare växelverkan eller andra massor (så kallade ”WIMPless” eller mer generella termiska kandidater).
Kort sagt: WIMP-miraklet är anledningen till att så många fysiker under lång tid trodde att mörk materia var en relativt tung partikel som interagerade ungefär som den svaga kraften.
HAG/EIC
Bild: Hans Alexander Gerlanius. ” Ett högre medvetande”
