Nad otsivad tumedat ainet Maalt, maa alt ja kosmosest. Selle salapärased osakesed on teadusinstrumentidele nähtamatud ja ei avaldu kuskil. Nende olemasolu kasuks on aga kogutud kindel „tõendusbaas“. Kas teadlastel on võimalus kunagi tumeainet avastada?
Universumi põhikomponent
Tumeaine osakesed sündisid vahetult pärast Suurt Pauku, kui universum oli punase tulega plasma. Jahtudes moodustasid nad tükid, mis lõpuks pakkusid tähte ja galaktikaid. Kui plasma sisaldaks ainult tavalisi osakesi, mis moodustavad aatomid, siis kiirgus tõrjuks neid üksteisest eemale, võimaldamata neil moodustada mingeid struktuure. Gravitatsiooniga seotud objektid ilmusid piisavalt kiiresti, mis tähendab, et midagi aitas neid. Mingi massiline aine hoidis neid tagasi. Nüüd ei suhtle see tavalise ainega kuidagi, ei kiirga, seetõttu ei jälgi me seda ühegi meetodiga.
Nii rekonstrueerivad teadlased Universumi evolutsiooni, mis oleks tumeaine osaluseta puudulik. Sellele järeldusele jõudis veel 1930. aastatel Šveitsi astronoom Fritz Zwicky. Galaktikakobaraid uurides tekkis tal küsimus, miks need laiali ei haju. Lõppude lõpuks pole nähtavate galaktikate mass klastri hoidmiseks piisav. Seega peab olema peidetud mass. Hiljem leidis see hüpotees arvukalt kinnitusi galaktikate pöörlemiskiiruse anomaaliate kohta: ketast keskosast kauged osad vaevalt aeglustuvad, nagu nad teeksid, kui koosneksid ainult tähtedest.
Gravitatsiooniline objektiivimine võimaldab varjatud massi olemasolu kaudselt tuvastada. Selle efekti loovad kaks üksteise taga asuvat massiivset galaktikat. Kaugest galaktikast tulev valgus on painutatud lähedal asuva gravitatsioonivälja poolt ja nagu läätsesgi, ilmub selle pilt. See annab teatud ülevaate galaktikate tumeainest, moodustades nende ümber tohutu nähtamatu halo. Erinevate mudelite abil arvutavad teadlased tumeaine tiheduse jaotuse oreoolis ja teevad selle põhjal oletusi struktuuri kohta.
Vasakul - tumeaine halo galaktikas NGC 4555.
Reklaamvideo:
Tumeaine koostis
Füüsikud kalduvad uskuma, et tume aine koosneb meile tundmatutest osakestest.
“Astrofüüsikalised vaatlusmeetodid ei ütle nende omaduste kohta midagi. Võimalik, et nad ei suhtle mitte mingil viisil, välja arvatud gravitatsioonimeetod. Võib-olla ei vii otsesed katsed Maal ega vaatlused kosmoses midagi. Seda tuleb alati meeles pidada,”ütleb Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, Venemaa Teaduste Akadeemia tuumauuringute instituudi juhtivteadur Dmitri Gorbunov RIA Novostile.
Tumedate osakeste rolli kandidaatide hulka kuuluvad ultrakerged teljed, nõrgalt interakteeruvad osakesed (WIMP) ja steriilne neutriino, mis aitab selgitada päikese neutriinode massi ja võnkumisi.
„Kõige kergem steriilne neutriino võib olla osake tumeainest. See ei ole stabiilne, kuid elab väga kaua. Galaktikas peaksid sellised osakesed lagunema neutriinodeks ja footoniteks. Nad pöörlevad aeglaselt (10-3 korda suurem kui valguskiirus), seega on footonispektris oodata tippu röntgenkiirte vahemikus,”räägib teadlane.
Tema sõnul tuleks selliste sündmuste registreerimiseks proovida orbiidile hea spektromeeter.
Kaks aastat tagasi modelleeris Gorbunov ja tema kolleegid üht hüpoteesi tumeaine ebastabiilse komponendi kohta, et selgitada KMA mõõtmise Plancki kosmoseteleskoobi katse tulemuste lahknevusi. Võib-olla oli see viga või võib-olla viide tumeaine mõnele omadusele. Teadlased on väitnud, et tume aine on koostiselt heterogeenne ja osa sellest pole tänaseni säilinud.
Pimedate osakeste otsimisel
Kuidas pimeaine osakesi tabada, on üks füüsika põhiküsimusi. Sellele püüavad vastata paljud teoreetikud ja katsetajad. Vaatlusviis sõltub mudelist, milles asetatakse hüpoteetilise osakese kõik omadused. Kui eeldame, et tumeaine oli varase Universumi plasmas tasakaalus - ja seal oli ka tavalisi osakesi -, siis see tähendab, et see suhtleb nendega kuidagi. Kõigist teadaolevatest vastastikmõjude tüüpidest, välja arvatud gravitatsiooniline, on kõige sobivam nõrk, mis toimub aatomituuma beeta lagunemise ajal.
"Selle eelduse kohaselt jääb pärast esmase plasma jahtumist vajalik kogus tumeainet alles," selgitab Dmitri Gorbunov.
Selle põhjal saab tumedaid osakesi hävitada elektroni ja positroni moodustumisel. Nad otsivad jälgi nendest hävitamistest, kuid see on igal juhul kaudne tõend. Lisaks on tulemused üsna hägused, osakesed hajuvad, lendavad ümber galaktika, hävitavad, kaotavad energiat ja seda, mis Maale jõuab, on kosmiliste kiirte taustal raske eristada.
Nad üritavad tumedaid osakesi jälgida otse maa-alustes neutriino detektorites. Maa all atmosfääriosakeste taust väheneb, detektoraine jahtub ja peate ootama, kuni tumeda aine osake seda tabab. Need sündmused on iseenesest haruldased, sest kui osake interakteerub, on see nõrk. Löök põhjustab aatomi ergastuse ja energiapuhangu, mille detektor registreerib.
Samal ajal on võimatu detektorainet mahu lõpmatult suurendada, et suurendada tumedate osakeste läbimise tõenäosust tundlikkuse kadumiseta. Lisaks häirivad signaali neutriinod. Selle katkestamiseks peate võib-olla selle signaali alla laskumiseks ehitama täiesti uue detektori.
“On vaja kasutada osakeste löögisuuna tuvastamist. See pärsib oluliselt tausta, sest neutriinod lendavad Päikesest lähtuvas suunas ja tumeaine lööb teistes suundades,”täpsustab teadlane.
Kolmas suund on tumeaine osakese loomine tavaliste osakeste kokkupõrke tagajärjel LHC ja muude kiirendite juures. Vaatleja jaoks näeb see välja näiteks küljele lennanud footon. Hoogu jäävuse seaduse kohaselt peaks osake ka teises suunas välja lendama, kuid seda pole. Nii et ta on nähtamatu.
Siiani pole ükski viis tumeaine osakeste püüdmiseks olnud edukas. Pole isegi selge, kumb neist on kõige lootustandvam.
Universumi koostis / RIA Novosti illustratsioon.
Tatiana Pichugina
