Igaüks meist on vähemalt korra kuulnud "tumedast ainest", kuid mitte kõik ei suuda õigesti selgitada, mis see on. Võib-olla pole neid selgitusi vaja, sest viimased uuringud seavad kahtluse alla "tumeaine" kui sellise olemasolu.
GALAKTIKA ANOMALIA
Tumeda aine hüpotees kerkis esile katsel mõista astronoomide täheldatud anomaalia olemust.
1922. aastal jõudis tähtede liikumist uurinud hollandlane Jacobus Kaptein järeldusele, et oluline osa galaktikas olevast asjast on nähtamatu - tema töös kasutati tõenäoliselt esimest korda mõistet "tume aine". Kümme aastat hiljem toetas hüpoteesi raadioastronoom Jan Oort, kuid see sai laialt levinud aasta hiljem, kui Šveitsi astrofüüsik Fritz Zwicky arvutas kaheksas kooma klastri servas asuvate galaktikate radiaalsed kiirused (Koma tähtkuju) ja võrdles saadud andmeid sarnaste, kuid arvutatud kasutades klastri nähtavat heledust. Ta leidis, et stabiilsuse säilitamiseks peab klastri kogumass olema nelisada korda suurem kui selle tähtede mass. Selle põhjal pakkus Zwicky välja, et klastris on oluline mateeriavarustus, mis jääb meile nähtamatuks,kuid sellel on galaktikatele kõige tugevam gravitatsiooniline mõju. Zwicky tegi arvutustes vea suurusjärgu võrra, kuid hoolikamad mõõtmised kinnitasid: kooma klastri mass, kui seda arvutada kahel erineval viisil, ei lähe tulemuses märkimisväärselt kokku!
Enne üldistuste tegemist tuli siiski tõestada, et selline mõju on eeldatavas ruumis laialt levinud. 1939. aastal avastas lähimat galaktikat M 31 (Andromeda udukogu) uuriv Ameerika astronoom Hores Babok, et tähtede pöörlemiskiirus selle keskpunkti ümber ei vähene, nagu taevamehaanika ennustab, pöördvõrdeline vahemaa ruuduga, vaid jääb peaaegu konstantseks. See tähendab, et galaktika kogu selle pikkuses sisaldab märkimisväärset massi nähtamatut ainet. Babok ei seostanud aga anomaaliat arusaamatu "tumeda ainega", vaid tegi ettepaneku, et M 31 välisosas toimusid mõned protsessid, mis muudavad selle dünaamikat.
TUMEEM TUMM
Reklaamvideo:
Astronoomid naasid "tumeda aine" hüpoteesi juurde 1960ndatel, kui ilmusid uued täpsed instrumendid Universumi uurimiseks. Ja 1975. aastal rääkisid Vera Rubin ja Kent Ford Ameerika Astronoomiaühingu konverentsil, öeldes, et neil on õnnestunud hankida usaldusväärseid andmeid, mis osutavad galaktikate massijaotuse teooria ja vaadeldava tegelikkuse olulisele ebakõlale. Teadlased kasutasid kõige moodsamat spektrograafi, mis võimaldas määrata spiraalgalaktikate harude pöörlemiskiiruse isegi "servast vaadatuna". Ja nad leidsid, et suurem osa tähtedest galaktikates liigub oma orbiitidel sama nurkkiirusega, kinnitades uskumatut oletust: massitihedus galaktikates jaotub ühtlaselt. Veel kolme aasta pärast kinnitati tähelepanekuid iseseisvalt.ja 1980. aastal tunnistas astronoomiline kogukond lõpuks järelduste paikapidavust. Samal ajal tuvastas Rubin, et teooria vastaks praktikale, peavad galaktikad sisaldama nähtamatut ainet kuus korda suuremas koguses, kui me teleskoopide kaudu näeme.
Samal ajal hakkasid saabuma ka muud tõendid. Esiteks selgus topeltgalaktikate süsteemides liikumise uurimisel "tumeaine" kolossaalsele mõjule, rikkudes selgelt taevamehaanika klassikalisi seadusi. Teiseks kaotaksid elliptilised galaktikad ilma tumeda aine olemasoluta kiiresti kuuma gaasi, mida ei täheldata. Kolmandaks, “tume aine” ise painutab valgust, mis ilmneb gravitatsioonilise läätse mõjul.
Tänapäeval on üldiselt aktsepteeritud, et "tumeda aine" osakaal on 84,5% kogu universumis sisalduvast ainest.
TEADMISTE OTSIMINE
"Pimeda aine" idee osutus kosmoloogide poolt nõudlikuks, kui nad ei suutnud tuvastada universumi päritolu teooria ennustatud relikti kiirguse (kosmilise mikrolaine fooni) mittehomogeensust ja selgitada selle kaudu galaktiliste struktuuride ilmnemist. Mõningate osakeste sisseviimine mudelisse, mis peaaegu ei suhtle tavalise mateeriaga, kuid on väga rasked, võimaldas tekkinud raskustest mööda minna. 1990ndate alguses selgus relikti kiirguse ebahomogeensus siiski orbitaalvaatluskeskuse COBE abil. Tundus, et küsimus oli suletud, kuid "tumeaine" on juba teadlasi nii lummatud, et nad ei hüljanud seda, vaid asusid vastupidi otsima "kandjat" subatomaatilisel tasandil.
Probleem on selles, et "tume aine" ei interakteeru elektromagnetilise kiirgusega (sealhulgas nähtava valgusega), mistõttu seda ei saa traditsiooniliste meetoditega tuvastada. Mis veelgi hullem: Päikesest 13 000 valgusaasta raadiuses asuva nelisada tähe liikumise uurimine ei näidanud "tumeda aine" mõju ja teadlased pidid järeldama, et see on meie kosmosepiirkonnas tühine (umbes 500 grammi) maakera ruumala kohta), st sellise aine osakese registreerimine on uskumatult keeruline, kui mitte võimatu. Füüsikud püüdsid probleemi teoreetiliselt lahendada, määratledes hüpoteetilise aine parameetrid, lähtudes põhiosakeste standardmudelist. Kandidaatideks loeti neutrinoosid (kuid need on liiga kerged) ja selliseid hüpoteetilisi osakesi nagu aksioonid, kosmonsid, gravitonid, geijinod, wimpid.magnetilised monopolid jne. Vaadatud "tumeda aine" levik ruumis tekitab ka küsimusi: kui see suhestub tavalise mateeriaga gravitatsiooni kaudu, tuleks see tõmmata galaktikate keskustesse samamoodi nagu tavaline mateeria, kuid seda ei juhtu.
On selge, et "tumeaine" käitumise kummalisus äratab paljude füüsikute instinktiivse protesti, mistõttu nad keelduvad selle olemasolu tunnistamast, selgitades kõrvalekaldeid galaktiliste masside jaotuses muul viisil. Näiteks usub eelnimetatud Vera Rubin, et targem on täpsustada klassikalisi teooriaid, kui tuua mudelisse täiesti uus subatomiliste osakeste klass. Ta on Mordechai Milgromi poolt 1983. aastal välja pakutud modifitseeritud Newtoni dünaamika (MOND) toetaja ja endiselt marginaalne.
Tundub, et viimased uuringud sunnivad peagi teadusmaailma oma suhtumist "tumedasse ainesse" uuesti läbi vaatama. Rühm füüsilisi spetsialiste Case Western Reserve'i ülikoolist (Cleveland, Ohio) avaldas 19. septembril 2016 artikli, milles analüüsitakse Spitzeri infrapunase teleskoobi abil 153 galaktika vaatluste tulemusi ning mõlemad spiraalgalaktikad nagu meie oma ja ebakorrapärase kujuga galaktikad langesid vaatevälja, ning hiiglaslikud galaktikad ja kääbused. Uuring viidi läbi selleks, et selgitada välja "tumeda aine" mõju tähtede pöörlemisele. Ja järsku selgus, et mingit mõju polnud ja teadaolevad kõrvalekalded seletati suurepäraselt normaalse mateeria jaotumisega.
Avastuse autorid väidavad, et nende tulemused on põhimõtteliselt vastuolus varasemate omadega, kuna esimest korda eemal asuvate astronoomiliste objektide massi hindamiseks kasutati pilte infrapunavahemikus ja mitte nähtava valguse käes. Paljud neist objektidest näevad väga nõrgad välja, mis tõenäoliselt viis nende tegeliku massi arvutamisel vigadeni.
Kui andmed kinnitatakse, saab "tumeaine" olemasolu hüpoteesil põhineva kosmoloogilise mudeli ohutult tagasi lükata ja isegi ilma klassikalist füüsikat muutmata.
Anton Pervushin
