Suur enamus massist meie universumis on nähtamatu. Ja füüsikud on juba mõnda aega püüdnud mõista, mis see tabamatu mass endast kujutab. Kui see koosneb osakestest, on lootus, et suur hadronite põrkaja suudab tekitada tumeda aine osakese või kosmoseteleskoop näeb tumeda aine kokkupõrke kõnekat gammakiirgust. Siiani pole midagi. Ja see probleem paneb teoreetilisi füüsikuid mõtisklema uute ideede üle.
2017. aastal võttis tunnustatud teoreetiline füüsik Lisa Randall piiluma tumeaine ühte uskumatumasse võimalusesse. Hüpoteetiline muidugi. Selle asemel, et käsitleda tumedat ainet teatud osakeste tüübina, eeldas ta, et tumeaine võib koosneda tervest osakeste perekonnast, mis moodustavad tumedad tähed, tumedad galaktikad, tumedad planeedid ja võib-olla ka pimeda elu. Pimeda universumi keemia võiks olla sama rikkalik ja mitmekesine kui meie endi "tavaline keemia".
Kuid see pole nii lihtne.
Tumeda aine probleem
Meie Universum on hämmastav, ehkki arusaamatu koht.
Viimase paarikümne aasta jooksul oleme mõistnud, et 84,5% Universumi ainest pole näha. Arvestades üsna ebamugavat hüüdnime "tumeaine", on see aine sellises olekus, kus see ei reageeri "normaalse" ainega. Nagu tume energia, on ka need asjad tumedad, sest me ei saa neist aru.
Kui minu laual on nüüd mingi tükk tumedat ainet, ei saa ma sellest kunagi teada. Tükk tumedat ainet üldiselt ei saa minu laual lebada. See kukub läbi laua ning põrand ja maapõue tormavad meie planeedi keskmesse gravitatsioonikaevu. Või kaob see arusaamatul viisil kosmosesse. Tume aine interakteerub kõigega nii nõrgalt, et see tükk kukub lihtsalt tavalisest ainest läbi, justkui seda poleks olemas.
Reklaamvideo:
Väikeses mastaabis on tumeaine gravitatsiooniline avaldumine ebaoluline, kuid kosmoloogiliste vahemaade korral on tumeaine olemasolu kindlasti tunda - seda saab kaudselt jälgida selle gravitatsioonilise mõju järgi galaktikaparvedele ja selle mõju galaktikate pöörlemisele. Me teame, et see on olemas, me lihtsalt ei näe seda.
Ja me ei tea, mis see on. Me võime ainult oletada.
Tavaline aine - aka baryonic mateeria - interakteerub elektromagnetiliste, gravitatsiooniliste, tugevate ja nõrkade jõudude kaudu. Need jõud kannavad energiat edasi ja annavad struktuurile kogu aine. Tumedat ainet seevastu peetakse tavaliselt amorfseks "mateeria" pilveks, mis ei suuda elektromagnetiliste, nõrkade või tugevate jõudude kaudu suhelda. Seetõttu eeldatakse, et tume aine on "mittebaryonic". Mittebaryonic aine saab selle olemasolu näidata ainult gravitatsiooniliselt.
Tumeda aine otsimisel on juhtiv kandidaat WIMP, nõrgalt interakteeruv massiline osake. Nagu WIMP nimest nähtub, ei ole see hüpoteetiline osake normaalse ainega interaktsioonis - seega pole see baryooniline.
Väljakujunenud kosmoloogilised mudelid ennustavad, et tumeaine - olgu see siis WIMP-de või "aksioonide" kujul - varustab meie Universumit struktuuriga ja seda nimetatakse lihtsustatult "liimiks", mis hoiab kogu meie universumit tervikuna.
Vaadates galaktikate pöörlemist, märkas astronoom Vera Rubin, et suurem osa galaktikate ainest pole jälgitav. Ainult väike protsent on nähtav - tähed, gaas ja tolm; ülejäänud peidab tohutu, kuid nähtamatu tumeda aine halo. See on nagu meie nähtav tavalise mateeria galaktika on lihtsalt kapuuts tohutu tumeda aine rattal, mis ulatub kaugele sellest, mida me näeme.
Hiljuti avaldatud artiklis (2013) tutvustas Randall ja tema kolleegid tumeda aine keerukamat vormi. Nende sõnul ei koosne meie galaktika tumeda aine halo ainult ühe tüüpi mittebaryoonse aine amorfsest massist.
"Tundub väga kummaline eeldada, et kogu tumeaine koosneb ainult ühte tüüpi osakestest," kirjutab Randall. "Erapooletu teadlane ei tohiks lubada, et tume aine on nii mitmekesine kui meie tavaline aine."
Rikas "variuniversum"?
Nii nagu meie nähtavat universumit juhib füüsika standardmudel - hästi testitud osakeste perekond (sealhulgas kurikuulus Higgsi boson) ja jõud, kas saaks tumeda aine osakeste ja jõudude rikkalik ja mitmekesine mudel toimida ka pimedas galaktilises halogeenosas?
See uurimistöö järgib loogikat, mis eeldab, et universumi pimedas sektoris on palju tundmatuid füüsikaid - nimetagem seda siis “variuniversumiks” -, mis kulgeb paralleelselt meie omaga ja millel on kõik keerukused, mida meie nähtav universum pakub.
Astrofüüsikud on varem soovitanud, et "tumedad tähed" - tumedast ainest tehtud tähed - võivad meie iidses universumis eksisteerida tänapäevani. Kui jah, väidab Randall, võiksid tekkida "tumedad planeedid". Ja kui on olemas tumeda aine osakeste perekond, mida kontrollivad pimedasse sektorisse paigutatud jõud, kas see võib põhjustada keeruka keemia? Ja elule?
Kui aga "tume" või "vari" elu eksisteerib paralleelselt meie universumiga, võite unustada, et suudame selle tuvastada.
Varjuelu jääb varju
Tundub ahvatlev kasutada seda hüpoteesi kõigi igapäevaste mõistatuste või isegi paranormaalsete väidete selgitamiseks, mida teadus ei saa vaidlustada ega toetada. Mis siis, kui “kummitused” või seletamatud “tuled taevas” on pimedate olendite koomiksid, kes elavad kõige taga?
Kuigi see loogika sobiks telesaate või filmi jaoks, elaksid need tumedad olendid varjulises universumis, mis pole tavalise mateeriaga täiesti kokkusobiv. Nende osakesed ja jõud ei mõjutaks meie universumit. Neid ridasid võiksite lugeda pimedas metsas kännu otsas istudes ega teaks sellest kunagi.
Kuid kuna me eksisteerime selle variuniversumiga koos samal ruumi-ajaga - ilma täiendavate mõõtmeteta või mitmeharulise -, saab edastada ainult ühte signaali.
Gravitatsioonilised lained avastati alles 2016. aastal ja nende väntsude esimene avastamine kosmoseajal oli tingitud mustade aukude kokkupõrkest. Tundub täiesti võimalik, et gravitatsioonilisi laineid saab tuvastada pimedas sektoris, kuid meie juhtme otsas on võimalik tuvastada ainult kõige võimsamaid pimedas sektoris toimuvaid kosmilisi sündmusi.
Kokkuvõttes ei tõesta me peaaegu kunagi kunagi armsate tumeda olendiga olendite olemasolu, kuid Randall osutab sellele. Kui mõtleme tumeda aine allikale, peame vaatama oma eelarvamustest kaugemale; tume sektor võib olla tumeda aine osakeste ja jõudude kompleks, mis on kaugemal sellest, mida võime ette kujutada.
Ilja Khel
