Amikor éjszaka felnézünk az égre, csillagok milliárdjait, galaxisokat, ködöket és bolygókat látunk. Mégis meglepő tény, hogy mindaz, amit távcsöveinkkel megfigyelhetünk, a világegyetem teljes tartalmának csupán körülbelül 5 százalékát teszi ki. A fennmaradó rész két rejtélyes összetevőből áll: mintegy 27 százalék a sötét anyag, míg körülbelül 68 százalék a sötét energia.
A sötét anyag különlegessége, hogy nem bocsát ki fényt, nem veri vissza azt, és nem is nyeli el olyan módon, hogy bármelyik mai távcső közvetlenül érzékelni tudná. Valójában soha senki nem látta közvetlenül. Létezésére mégis rendkívül erős bizonyítékok utalnak, mert gravitációs hatása mindenhol megfigyelhető az Univerzumban.
A történet az 1930-as években kezdődött, amikor Fritz Zwicky svájci csillagász galaxishalmazokat vizsgált. A mérések szerint a galaxisok olyan gyorsan mozogtak, hogy a látható csillagok és gázfelhők gravitációja önmagában nem lett volna elegendő ahhoz, hogy a halmaz egyben maradjon. Mintha a rendszerben jóval több tömeg rejtőzne, mint amennyit látni lehet.
Néhány évtizeddel később Vera Rubin amerikai csillagász újabb döntő bizonyítékot talált. Spirálgalaxisok forgását vizsgálva azt mérte, hogy a külső csillagok szinte ugyanolyan nagy sebességgel keringenek, mint a központ közelében lévők. A klasszikus fizika alapján ezeknek sokkal lassabban kellene mozogniuk. A megfigyelések csak úgy voltak értelmezhetők, ha a galaxisokat egy hatalmas, láthatatlan anyagból álló „halo” veszi körül.
Ez a láthatatlan tömeg valójában a galaxisok szerkezetének egyik legfontosabb alkotóeleme. Ha nem lenne jelen, sok galaxis egyszerűen nem maradhatna stabil: a csillagok olyan gyorsan keringenek, hogy kiszabadulnának a galaxis gravitációs vonzásából.
A sötét anyag más módon is elárulja magát. Einstein általános relativitáselmélete szerint a nagy tömeg meghajlítja a téridőt, ezért a fény útja is elgörbül. Ezt nevezzük gravitációs lencsehatásnak. Amikor távoli galaxisok fénye egy hatalmas galaxishalmaz mellett halad el, a láthatatlan sötét anyag is hozzájárul a fény eltérítéséhez. A csillagászok ezekből az apró torzulásokból képesek feltérképezni, hol koncentrálódik a sötét anyag, annak ellenére, hogy közvetlenül nem látható.
A számítógépes szimulációk szintén azt mutatják, hogy a világegyetem nagyléptékű szerkezete – a galaxisokból álló óriási kozmikus hálózat – csak akkor alakul ki a ma ismert formájában, ha a sötét anyag is szerepel a modellekben. A galaxisok nem véletlenszerűen helyezkednek el, hanem hatalmas szálakból és csomópontokból álló kozmikus hálót alkotnak, amelynek kialakulásában a sötét anyag gravitációja kulcsszerepet játszik.
Hogy miből áll ez a rejtélyes anyag, arra egyelőre nincs biztos válasz. A kutatók több lehetséges részecskét is feltételeznek. A legismertebb jelöltek közé tartoznak a WIMP-ek (gyengén kölcsönható nagy tömegű részecskék), az axionok, valamint más, még elméletben létező részecskék. A világ legérzékenyebb föld alatti detektorai évek óta keresik őket, de eddig egyik kísérlet sem szolgált egyértelmű bizonyítékkal.
Napjainkban a mesterséges intelligencia is egyre fontosabb szerepet kap ebben a kutatásban. A modern égboltfelmérések elképesztő mennyiségű adatot termelnek, amelyeket ember már nem tudna teljes egészében feldolgozni. Az AI képes felismerni a gravitációs lencsehatás finom mintázatait, összehasonlítani a megfigyeléseket a szimulációkkal, valamint új összefüggéseket találni a galaxisok eloszlásában.
A sötét anyag tehát továbbra is az asztrofizika egyik legnagyobb megoldatlan kérdése. Bár közvetlenül még nem sikerült kimutatni, a gravitációja mindenhol jelen van: meghatározza a galaxisok forgását, befolyásolja a galaxishalmazok mozgását, és alapvetően alakítja a világegyetem szerkezetét. Elképzelhető, hogy a következő évtized új távcsövei, részecskedetektorai és űrmissziói végre felfedik, miből áll ez a kozmikus összetevő, amely az Univerzum anyagának láthatatlan részét alkotja.
