home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 011893 / 0118300.000 < prev    next >
Text File  |  1995-02-21  |  11KB  |  210 lines

  1. <text id=93TT2358>
  2. <title>
  3. Jan. 18, 1993: The Dark Side Of The Cosmos
  4. </title>
  5. <history>
  6. TIME--The Weekly Newsmagazine--1993               
  7. Jan. 18, 1993  Fighting Back: Spouse Abuse           
  8. </history>
  9. <article>
  10. <source>Time Magazine</source>
  11. <hdr>
  12. SCIENCE, Page 48
  13. The Dark Side of the Cosmos
  14. </hdr>
  15. <body>
  16. <p>As astronomers struggle to illuminate the nature of dark matter,
  17. a new report hints that as much as 97% of the universe could
  18. be made of the mystery stuff
  19. </p>
  20. <p>By J. MADELEINE NASH/PHOENIX--With reporting by Michael D.
  21. Lemonick/New York
  22. </p>
  23. <p>     When Charles Alcock peers up at the nighttime sky, he
  24. wonders not at the luminous stars but at the blackness that
  25. enfolds them. The Milky Way, Alcock knows, is like a sprinkling
  26. of bright sequins on an invisible cloak spread across the
  27. vastness of space. This cloak is woven out of mysterious stuff
  28. called dark matter because it emits no discernible light. A sort
  29. of shadow with substance, dark matter dominates the universe,
  30. accounting for more than 90% of its total mass. Yet scientists,
  31. struggling to interpret just a few sparse clues, know virtually
  32. nothing about it. The dark matter could be made up of giant
  33. planets, failed stars, black holes, clouds of unknown particles,
  34. or even, so far as the laws of physics are concerned, bowling
  35. balls. "After all this time and all this effort," sighs Alcock,
  36. head of astrophysics at Lawrence Livermore National Laboratory,
  37. "we still don't know what most of the universe is made of."
  38. </p>
  39. <p>     Over the coming decade, Alcock and others believe, this
  40. collective ignorance may at last be dispelled. Small bands of
  41. determined researchers are embarking on elaborate hunts for the
  42. hidden side of the cosmos. Some, using telescopes, are taking
  43. aim at the dark halo that rings our galaxy, searching for large,
  44. dim objects like burned-out stars. Others are positioning
  45. electronic detectors in underground tunnels, hoping to entrap
  46. phantom particles that may be so prevalent that they drench the
  47. universe like invisible drops of rain. "Someday soon," predicts
  48. University of Chicago astrophysicist David Schramm, "one of
  49. these groups is going to strike gold--Swedish gold," the kind
  50. that bears the likeness of Alfred Bernhard Nobel.
  51. </p>
  52. <p>     A new finding announced last week can only encourage such
  53. searches, for it supports the growing conviction that dark
  54. matter exists in astonishing abundance. At a meeting of the
  55. American Astronomical Society held in Phoenix, Arizona, a team
  56. of scientists reported that the dark equivalent of 20 trillion
  57. suns lies hidden in a small group of galaxies located millions
  58. of light-years from earth. They based their calculation on the
  59. recent detection by the Rosat X-ray satellite of a cloud of hot
  60. gas that suffuses a seemingly empty region between two of the
  61. galaxies. The gas molecules are moving at such high velocities,
  62. explains Richard Mushotzky of NASA'S Goddard Space Flight
  63. Center, that a "cloud like this would have dissipated into space
  64. long ago, leaving nothing for us to detect, unless it was held
  65. together by the gravity of an immense mass." The unseen mass
  66. needed to perform this function may outweigh the amount of
  67. visible material by an astounding 30 to 1.
  68. </p>
  69. <p>     If such a ratio prevails throughout the universe, the
  70. implications are vast. First, it would mean that there might be
  71. so much matter in the universe that the outward expansion
  72. ignited by the Big Bang would eventually be counteracted by the
  73. force of gravity. The universe would ultimately cease its
  74. expansion and begin to collapse under its own weight, imploding
  75. in a catastrophic finale that theorists have dubbed the Big
  76. Crunch. But the presence of so much dark matter also has
  77. implications for the question Alcock ponders: What is all this
  78. stuff made of? The more dark matter there is, the less likely
  79. it is to resemble ordinary matter.
  80. </p>
  81. <p>     Dark matter was first postulated in the 1930s by the
  82. astrophysicist Fritz Zwicky, who observed that galaxies in the
  83. far-off Coma cluster were whirling around one another faster
  84. than the laws of physics would allow. They should by rights have
  85. been flung out into deep space, unless, as Zwicky contended, the
  86. gravity from some massive, invisible substance was holding them
  87. in. For decades the idea was rejected as too bizarre. "It
  88. smacked of angels dancing on the head of a pin," recalls
  89. theoretical physcist Joel Primack of the University of
  90. California at Santa Cruz.
  91. </p>
  92. <p>     That view has gradually changed over the past 20 years as
  93. astronomers became convinced that dark matter not only exists
  94. but exists in great quantity. Much of the evidence comes from
  95. the kinds of motions Zwicky noted and also from the mysteriously
  96. rapid rotation rates of individual star systems, particularly
  97. those known as spiral galaxies. Another clue, uncovered largely
  98. by AT&T Bell Laboratories astrophysicist J. Anthony Tyson, is
  99. the bending of light from distant galaxies. The light is
  100. presumably distorted by the gravitational pull of invisible
  101. matter.
  102. </p>
  103. <p>     Just what this mystery matter is made of has been the
  104. subject of some truly wild speculation. "The list of
  105. candidates," says Rocky Kolb, a theoretical astrophysicist at
  106. Fermi National Accelerator Laboratory near Chicago, "depends on
  107. whether or not you believe in a WYSIWYG universe." WYSIWYG
  108. stands for "what you see is what you get" (dark-matter
  109. aficionados are inordinately fond of acronyms). WYSIWYG types
  110. like to assume that dark matter is most likely made up of the
  111. same basic building blocks as ordinary, visible matter: protons,
  112. neutrons and electrons. One possibility is that dark matter is
  113. nothing more exotic than planet-like objects that are bigger
  114. than Jupiter but too small to shine like the sun. Such objects,
  115. known as MACHOs (massive compact halo objects), may be orbiting
  116. our own Milky Way like swarms of giant bees.
  117. </p>
  118. <p>     Over the next four years, a 1.3-m telescope on Mount
  119. Stromlo, in Australia, mounted with sophisticated digital
  120. cameras, will methodically search for MACHOs by peering at stars
  121. in the nearby dwarf galaxy known as the Large Magellanic Cloud.
  122. If MACHOs exist, explains physicist Christopher Stubbs of the
  123. University of California at Santa Barbara, who helped design the
  124. experiment, they should occasionally pass between the earth and
  125. these background stars. Because gravity bends light, the MACHOs
  126. would act as lenses, causing the stars temporarily to brighten
  127. enough for the cameras to detect.
  128. </p>
  129. <p>     But even if MACHOs are found, they are unlikely to resolve
  130. the dark-matter conundrum. Physicists have calculated that
  131. there is an absolute limit to the amount of ordinary matter in
  132. the universe. If dark matter adds up to more than that--as
  133. last week's announcement and other new findings suggest it
  134. might--then at least some of the dark matter must be made of
  135. something different from the matter we know.
  136. </p>
  137. <p>     The most obvious candidate is the neutrino, a fast-moving
  138. brand of particle that whizzes through the cosmos in great
  139. abundance. Though physicists initially flocked to this
  140. explanation, there are two considerable drawbacks. First, no one
  141. knows if neutrinos have any mass at all, although some recent
  142. experiments have hinted that they might. Second, and more
  143. important, computer models of a cosmos built largely of
  144. neutrinos fail to match up with the universe as we know it. The
  145. models imply, for example, that galaxies should have formed
  146. relatively recently, while in fact they are very ancient.
  147. </p>
  148. <p>     As a result, physicists have increasingly come to believe
  149. that dark matter--or at least some of it--is made of
  150. something no one has ever seen. Santa Cruz's Primack calls this
  151. idea "the ultimate Copernican revolution." Says he: "Not only
  152. will the earth no longer be the center of the universe, it won't
  153. even be made of the same sort of stuff." The unknown ingredient
  154. could be "weakly interacting massive particles," or WIMPs--sluggish but ubiquitous bits of matter predicted by theoretical
  155. physicists. Says University of California, Berkeley,
  156. astrophysicist Joseph Silk: "The only thing that's uncertain
  157. about WIMPS is their existence. If they exist, then they are the
  158. dark matter."
  159. </p>
  160. <p>     This instant, in fact, quadzillions of WIMPs may be
  161. streaking harmlessly through our bodies. Alternatively, the
  162. mystery matter might be made of "axions," equally speculative
  163. little items predicted by other theories and whimsically named
  164. after a laundry detergent. Both are known in the trade as cold
  165. dark matter (cold refers not just to their temperature but also
  166. to the fact that they move slowly, unlike hot, zippy neutrinos).
  167. </p>
  168. <p>     Physicists are in pursuit of each of these possibilities.
  169. At the Center for Particle Astrophysics at Berkeley, director
  170. Bernard Sadoulet and his colleagues are putting the final
  171. touches on a contraption designed to catch a WIMP. It consists
  172. of a solitary crystal of germanium immersed in a frigid bath of
  173. liquid helium; the whole apparatus will eventually be placed
  174. underground to screen out more conventional particles. Should
  175. a wayward WIMP happen to jostle one of the atoms in the crystal,
  176. the impact would create a telltale spike of heat, detectable by
  177. delicate sensors. Meanwhile, at Lawrence Livermore National
  178. Laboratory, Karl van Bibber and his colleagues are hoping to
  179. build an axion trap using a magnetic field 150,000 times as
  180. strong as the earth's.
  181. </p>
  182. <p>     The success of either group would be cause for
  183. celebration, and yet such an achievement would probably solve
  184. only a piece of the dark-matter puzzle. In the past five years,
  185. astronomers peering deep into the cosmos have discovered huge
  186. structures: superclusters of galaxies with names like the Great
  187. Wall and the Great Attractor, and empty regions like the Great
  188. Void in the constellation Bootes. Mathematical models indicate
  189. that such superstructures would be unlikely to exist if all
  190. dark matter were cold. The latest thinking: maybe dark matter
  191. includes both cold particles like WIMPs or axions and hot stuff
  192. like neutrinos; the former would have husbanded ordinary matter
  193. into galaxies and clusters of galaxies, while the latter helped
  194. create the giant structures.
  195. </p>
  196. <p>     Such a hodgepodge is considered a cumbersome and ugly
  197. solution by many theorists. Says Princeton University's Jeremiah
  198. Ostriker: "It's like you're making soup, and you add a little
  199. salt, and it doesn't taste right, so you add a little pepper."
  200. Still, in the confounding world of astrophysics, the simplest
  201. and most elegant theories often fail, and there is no reason to
  202. assume that the recipe for the cosmos would be bland.
  203. </p>
  204.  
  205.  
  206. </body>
  207. </article>
  208. </text>
  209.  
  210.