Astrofysik
Anslag: 5 miljoner kronor
Bara fem procent av universums energi är känd för forskarna. Resten utgörs av så kallad mörk materia och mörk energi, hittills gåtfulla fenomen. Jakten på en förklaring pågår för fullt med hjälp av rymdsatelliter och teleskop i öknar och under Sydpolens istäcke. Med stöd från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse har astrofysikerna och fysikerna vid Stockholms universitet intagit en världsledande ställning inom denna forskning.
Lars Bergström och Per-Olof Hulth är två av forskarna som byggt upp den framstående forskarmiljön. Till vardags håller de till på AlbaNova universitetscentrum – en gracil, lätt bågformad byggnad inbäddad bland lummiga parkträd vid Roslagstull i Stockholm. Dagsljuset flödar in genom ljusgården och de många fönstren och skapar en mild och luftig atmosfär. Det är en prisbelönt arkitektur som för tanken till visionär forskning, och här pågår också nydanande samarbeten mellan forskare inom fysik, astronomi och bioteknik.
“ Vi tycker det är roligt att Sverige kan spela en så stor roll, mycket större än i förhållande till vårt lands storlek. Men där har stödet från Wallenbergstiftelsen varit avgörande. ”
- Stockholm finns numera på kartan över de främsta forskargrupperna i astropartikelfysik i världen. Vi deltar i internationella samarbetsprojekt som ligger i frontlinjen, men utan stödet från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse hade vi aldrig kunnat göra det, säger Lars Bergström.
Lars Bergström är föreståndare för Oskar Klein-centrum vid Stockholms universitet, ett nytt centrum där syftet är att forska kring mörk materia, mörk energi och svarta hål.
Vanlig materia som vi kan se som hus, bilar, träd och människor består av atomer och uppgår bara till fyra - fem procent av universum. Men det måste finnas ytterligare materia i universum, annars skulle inte galaxerna kunna hålla ihop. Den observationen gjordes redan 1933 av den schweiziske forskaren Fritz Zwicky, men först långt senare har man med moderna instrument kunnat beräkna att det finns omkring 22 - 23 procent mörk materia i universum.
- Fast vi har ännu ingen aning om vad mörk materia är för något. Det kan vara en neutral partikel, säger Lars Bergström.
Vanlig materia innehåller laddade partiklar, elektroner, som när de svänger skickar ut ljus. Det är förklaringen till att människan ser något överhuvudtaget. Men det kan finnas neutrala partiklar som saknar elektrisk laddning och därför varken skickar ut eller absorberar ljus, förklarar Lars Bergström.
- Egentligen tycker jag att osynlig materia är en mer passande benämning än mörk materia.
Nu pågår jakten på olika fronter för att lokalisera den ”saknade” massan. Sverige deltar i flera internationella samarbetsprojekt. Det mest spektakulära är neutrinoteleskopet på Sydpolen. Det byggdes i en första etapp på 1990-talet som Amanda, och uppförs nu i en 50 gånger större version med namnet IceCube. Anläggningen består av mycket känsliga ljusdetektorer som sänks ner i borrhål i den glasklara isen, sammanlagt ett block på en kubikkilometer.
Neutrinerna är elektriskt oladdade och har nästan ingen massa. Därför märker vi inget av dem, trots att enorma mängder neutriner sveper genom oss varje sekund. Men neutrinerna ”krockar” ibland med en atom och utsänder då en ljusblixt, som IceCube kan fånga in.
Neutriner kommer från reaktioner av kosmiska strålningskollisioner ute i rymden och i vår atmosfär. Men de mest spännande är de som eventuellt kommer från mörk materia-partiklar som fångats in av solen.
Per-Olof Hulth, professor i astropartikelfysik, är svensk projektledare för Amanda/IceCube.
- Med Amanda kunde vi lokalisera neutriner som bildats i vår egen atmosfär – nu får vi möjlighet att se neutriner som kommer från olika källor i rymden. Det är spännande eftersom det är första gången som forskare tittar ut i universum med hjälp av neutriner.
Neutrinerna kan alltså indirekt ge svar på frågor om både mörk materia och den kosmiska strålningen. Nu görs också en specialsatsning, som kallas ”DeepCore”, finansierad av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
- Det betyder att vi kan extrautrusta sex strängar med ännu känsligare ljusdetektorer för att fånga upp även lågenergetiska neutriner, vilket ökar våra chanser att se neutriner från mörk materia-partiklar i solen.
Men mörk materia kan också spåras på andra sätt. I teorin borde de osynliga partiklarna kollidera i rymden och kunna ge avtryck som forskarna hoppas att Fermisatelliten, som sändes upp 2008, ska kunna mäta.
- Fermiteleskopet sveper över hela himlen och ger oss en stjärnkarta i form av gammastrålning. Det har en extrem känslighet för att upptäcka ljuspunkter, som kan vara signaturer efter sådana kollisioner till exempel, berättar Lars Bergström.
De närmaste 5 - 10 åren förväntas många intressanta resultat från Fermisatelliten. Men ett problem med en rymdsatellit är den begränsade storleken på detektorn. Därför byggs nu också ett gammastrålningsteleskop på marken vid foten av berget Gamsberg i Namibia. När en gammapartikel träffar atmosfären genereras en svärm av andra partiklar som man kan mäta med teleskopets speglar. Även där har Stockholmsforskarna kunnat gå med tack vare ett snabbt beslut om anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
- Det betyder väldigt mycket för att stärka vår forskning. H.E.S.S.-teleskopet är det känsligaste instrumentet hittills och kan mäta gammastrålning vid energier 10 gånger högre än Fermi, säger Lars Bergström.
Spännande tider väntar nu inom astrofysiken där förhoppningarna är stora på att komma närmare svaret till gåtan om vad mörk materia består av.
- Vi tycker det är roligt att Sverige kan spela en så stor roll, mycket större än i förhållande till vårt lands storlek. Men där har stödet från Wallenbergstiftelsen varit avgörande, eftersom det har inneburit en islossning för att få stöd även från andra anslagsgivare, säger Per-Olof Hulth.
Fakta
Stockholms universitet och Kungl. Tekniska högskolan beviljades 2008 ett anslag om 5 miljoner kronor för deltagande i det internationella samarbetet HESS Cherenkov-II Telescope Array.