Med tanke på det universum vi ser genom våra teleskop måste vi dra slutsatsen att vi inte förstår hur gravitationen verkar utanför vårt solsystem. Stjärnor rör sig runt sina galaxer snabbare än de borde; galaxer rör sig så snabbt inom sina kluster att de borde fly till den intergalaktiska rymden; ljusstrålar som passerar genom områden med hög täthet av galaxer böjs mer än vad som förutses av den allmänna relativitetsteorin.

Vi tycks inte förstå universums historia bättre: efter de första instanserna finns det uppenbarligen mycket mer primordialt deuterium och mindre helium-4 än vad vi borde förvänta oss, med tanke på den mängd materia som vi observerar; temperaturfluktuationerna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som bildades vid den tidpunkt då atomerna först uppträdde, visar på materiaöverdoser som är otillräckliga för att producera de galaxer som vi nu observerar. Dessutom kan de storskaliga strukturer som vi kan se, som omfattar filament som bildas av miljontals galaxer och stora tomrum, inte reproduceras i våra datorsimuleringar, om man utgår från den mängd baryonisk materia (dvs. protoner och neutroner) som observerats i det ursprungliga universum. Och för att avsluta jobbet kan vi inte ens förstå strukturskapandets ordningsföljd: den ordning som vi förutsäger (först stjärnor, sedan galaxer, galaxkluster, galaxhopar, superhopar och slutligen filament) kan inte reproduceras från den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

Som vi just sa: vi förstår ingenting.

Om inte…

Om inte vi antar att det finns en annan typ av materia än baryonisk materia, en typ av materia som knappast interagerar vare sig med baryoner eller med ljus. Denna hypotetiska substans döptes till mörk materia… redan för 84 år sedan! Mörk materia fungerar som ett universalelixir: den fixar i princip allt, eller nästan allt… men på bekostnad av att vi måste acceptera att det enda bevis vi har för dess existens är de gravitationseffekter som vi just har beskrivit.

Det är därför naturligt att samhället är ganska desperat när det gäller att försöka förstå vad mörk materia är. En av de mest accepterade hypoteserna är att den skulle kunna bestå av nya elementarpartiklar som ännu inte upptäckts; bland dem har WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) starkt stöd i samhället. Ett sätt att hitta dessa WIMPs är att försöka producera dem i kollisioner i partikelacceleratorer. Vi försöker också upptäcka dem som finns runt omkring oss genom att identifiera deras mycket sällsynta interaktioner med vanlig materia, en metod som kallas ”direkt upptäckt”. Slutligen letar vi också efter de effekter de borde producera när de ackumuleras inuti stora astrofysiska objekt; i dessa miljöer är tätheten av mörk materia tillräcklig för att partiklarna ska förintas, och de borde producera partiklar som vi faktiskt kan upptäcka.

En grupp IFIC-forskare använder den sistnämnda metoden för att leta efter mörk materia i data från neutrinoteleskopet ANTARES. I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Physics Letters B har forskare i ANTARES/KM3NeT-gruppen vid IFIC utfört en sökning efter högenergineutriner som kommer från Vintergatans centrum … och de har inte hittat någon signal. Detta har gjort det möjligt för dem att införa mycket stränga gränser för WIMP-förintelse i galaxens centrum. Det faktum att ANTARES befinner sig på jordens norra halvklot och därför optimalt kan observera himlens södra halvklot, där Galaktikens centrum ligger, gör att resultaten är mycket konkurrenskraftiga, till och med bättre än resultaten från dess mycket större partner, IceCube-neutrinoteleskopet, som arbetar på sydpolen, och till och med bättre – i regimen för mycket starka WIMP – än de senaste gränserna som satts upp av gammastrålningsdetektorer.

Detta arbete, tillsammans med en liknande sökning i solen, var huvudämnet för Christoph Tönnis doktorsarbete. Christoph Tönnis är doktorand i Santiago Grisolia-programmet vid Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana, och han har handletts av IFIC-forskarna Juan José Hernández Rey och Juan de Dios Zornoza Gómez.