Forskare har genomfört ett precist test som visar att mörk materia följer samma fysikaliska regler som vanlig materia när den rör sig genom kosmiska gravitationsbrunnar. Studien, ledd av forskare vid University of Geneva, tyder på att det inte finns starka bevis för en femte kraft som påverkar mörk materia. En svagare okänd interaktion är dock fortfarande möjlig.
Mörk materia, som utgör cirka fem gånger mer massa i universum än vanlig materia, har länge förbryllat kosmologer eftersom den varken avger eller reflekterar ljus. En ny studie från University of Geneva (UNIGE) och samarbetspartners, publicerad i Nature Communications 2025, ger en av de skarpaste testerna hittills av dess beteende på kosmiska skalor.
Forskarna undersökte om mörk materia reagerar på de fyra kända fundamentala krafterna —gravitation, elektromagnetism och de starka och svaga kärnkrafterna— eller om en ytterligare femte kraft kan påverka den. För att göra detta jämförde de hastigheterna hos galaxer, som huvudsakligen består av mörk materia, med djupen i gravitationsbrunnar som bildas av massiva kosmiska strukturer. Dessa brunnar förvränger rumtiden enligt Einsteins allmänna relativitetsteori, och vanlig materia faller i dem enligt Eulers ekvationer för fluiddynamik.
"Om mörk materia inte är föremål för en femte kraft, kommer galaxer —som mestadels består av mörk materia— att falla i dessa brunnar som vanlig materia, styrda enbart av gravitation", förklarade Camille Bonvin, biträdande professor vid UNIGE:s avdelning för teoretisk fysik och medförfattare till studien. "Å andra sidan, om en femte kraft verkar på mörk materia, kommer den att påverka galaxernas rörelse, som då skulle falla i brunnarna på ett annorlunda sätt."
Genom att analysera modern kosmologisk data fann teamet att mörk materias rörelse stämmer överens med Eulers ekvationer och speglar vanlig materia. "På detta stadium utesluter dock dessa slutsatser inte ännu förekomsten av en okänd kraft. Men om en sådan femte kraft existerar, kan den inte överstiga 7 procent av gravitationens styrka —annars skulle den redan ha framträtt i våra analyser", sade huvudförfattaren Nastassia Grimm, tidigare postdoktoralforskare vid UNIGE och nu vid University of Portsmouth.
Resultaten, som beskrivs i artikeln "Comparing the motion of dark matter and standard model particles on cosmological scales" (DOI: 10.1038/s41467-025-65100-8), representerar ett steg mot att klargöra mörk materias roll i universums bildande. Framtida observationer från projekt som Large Synoptic Survey Telescope (LSST) och Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) skulle kunna upptäcka krafter så svaga som 2 procent av gravitationen, och potentiellt avslöja ny fysik, enligt medförfattaren Isaac Tutusaus vid ICE-CSIC och University of Toulouse.