5 peamist vastamata tumeaine küsimust

Alates vähemalt 1920. aastatest on astronoomia maailma tunginud üks hüpotees: universum sisaldab rohkem ainet, kui me palja silmaga näeme. Šveitsi astronoom Fritz Zwicky märkas 1930ndatel, et kauges klastris olevad galaktikad tiirlesid üksteise kohal kiiremini, kui nende nähtava massi korral eeldada võiks. Ta tegi ettepaneku, et nähtamatu aine, mida ta nimetas tumeaineks, võiks neid galaktikaid gravitatsiooniliselt kokku tõmmata.

• Hääletage uudishimuliku Mega kui 2018. aasta Kuldse Kuubi auhinna aasta Geek ajakirjanduses!

Seda ideed oli raskem tõestada kui toetust, kuna selle salapärase asja kohta polnud veel mingeid tõendeid. Isegi selliste võimsate teleskoopide nagu Hubble ja Kepler abil pole seda veel tuvastatud, kuid selle olemasolu on alati olnud rohkem kui tõenäosus, kuid tugev võimalus. Umbes 85% universumi massist koosneb materjalist, mida teadlased ei näe - tumeaine, mis asja keerukamaks muudab, ei eralda valgust ega energiat. Kas see oleks universumi uurimisel oluline?

"Tähtede liikumine näitab, kui palju see olulist on, " ütles Yale'i ülikooli teadlane Pieter van Dokkum, kes juhtis Dragonfly 44 galaktikat tuvastanud meeskonda, mis koosnes peaaegu täielikult tumedast ainest.

1. Mis on tume aine?

Keegi ei tea kindlalt. Mõned teadlased on isegi oletanud, et see koosneks väikestest nõrkadest tähtedest ja mustadest aukudest, kuid üksikasjalikud vaatlused ei ole paljastanud piisavalt objekte, et selgitada tumeaine mõju teistele taevakehadele.

Kõige laialdasemalt aktsepteeritud hüpotees on see, et selle moodustab hüpoteetiline element, mida nimetatakse madala interaktsiooni massiosaks (ehk WIMP) ja mis käituks nagu neutron - välja arvatud see, et see on 10 kuni 100 korda raskem.

2. Kas me suudame tuvastada tumedat ainet?

Kui tumeaine on tehtud WIMPidest, oleksid need kõikjal, nähtamatud ja peaaegu hoomamatud. Ehkki nad tavaliselt tavalise mateeriaga ei suhtle, on hüpoteetiliselt võimalik, et tumeaine osake tajub kosmoses liikudes prootoni või elektroni. Nii on teadlased aastakümnete vältel eksperimenteerinud suure hulga tavaliste maa-aluste osakeste uurimisel, kus nad on kaitstud segava kiirguse eest, mis võib jäljendada tumeda aine ja osakeste kokkupõrget. Usaldusväärseid avastusi pole tehtud.

2019. aasta alguses teatas Hiina PandaXi katse WIMP-i viimasest mittetuvastusest.

3. Kas tumeaine koosneb rohkem kui ühest osakestest?

Kõik on kuulnud prootonitest, elektronidest ja neutronitest ning mõned teavad ka neutriine, kuone ja pioone. Seejärel uurivad teadlased, kas ka tume aine on keeruline. "Pole mingit põhjust arvata, et kogu universumi tumeaine koosneb ainult ühte sorti osakestest, " ütles Harvardi ülikooli füüsik Andrey Katz. Tema sõnul võivad tumedad prootonid ühendada tumedate elektronidega tumedate aatomite moodustamiseks, tekitades konfiguratsioone, mis on sama mitmekesised ja huvitavad kui need, mis leiduvad nähtavast maailmast. Taevas on sõna otseses mõttes piir.

4. Millised on tumeda aine omadused?

Mõne teooria kohaselt peavad tumeda aine osakesed omama antiosakesi ja mõlemad hävitaksid üksteise. Rahvusvahelise kosmosejaama (ISS) alfa-magnetilise spektromeetri (AMS) katse on alates 2011. aastast otsinud selle hävituse märke ja tuvastanud sadu tuhandeid sündmusi. Isegi siis pole teadlased endiselt kindlad, kas nad pärinevad tumedast ainest, sest nad ei tea isegi täpselt, mis on tume aine.

5. Kas tumeaine eksisteerib kogu galaktikas?

Tundus, et see on jõud, mis ühendab suuri struktuure, nagu galaktikad ja galaktilised klastrid; kuid 2019. aasta alguseks teatasid astronoomid, et nad on leidnud galaktika NGC 1052-DF2, milles pole peaaegu üldse tumedat ainet. "Ilmselt ei ole galaktika tekkimiseks nõutav, " ütles Pieter van Dokkum toona. Teine astronoomide rühm avaldas aga analüüsi, mille kohaselt oli uues galaktikas rohkem tumedat ainet kui varem soovitatud.