Mis on tume aine?
Tume aine on aine tüüp, mis koosneb väikestest osakestest, mis ei suhtle tavalise ainega ega eralda elektromagnetilist kiirgust. See tähendab, et nad ei saa valgust genereerida, peegeldada ega neelata. Sel põhjusel on tumeaine läbipaistev ja seda ei saa palja silmaga näha.
Pidage meeles, et kui me räägime mateeriast, siis peame silmas ükskõik millist keha või materjali, mis ruumis võtab koha ja millel on mass ja maht. Tume aine vastab neile omadustele, kuigi seda pole võimalik näha.
Nii et kui tume aine on läbipaistev, siis kuidas me teame, et see olemas on? Selle olemasolu on teada tänu universumis tekitatavatele mõjudele, nagu näiteks tähtede nihkumine või nende kiiratava valguse moonutamine. Arvatakse, et pimedas aine võib mõjutada nii nähtusi kui ka teisi.
Pimeaine uurimine on äärmiselt oluline, kuna see võimaldaks meil mõista tähtstruktuuride toimimist. Samuti aitaks see lahti mõtestada, mis juhtus universumi kujunemise alghetkel, mida tuntakse paremini Suure Pauguna.
Tumeaine koostis
Kuigi pimeaine olemasolu on teaduse poolt tõestatud fakt, pole päris selge, millest see koosneb. Teada on see, et tumeaine ei koosne prootonitest ega neutronitest (barüoonne aine). Siis tekib kahe põhikomponendi olemasolu:
Mittebarüoniline aine (WIMP-d)
Mittebarüoonne aine koosneks nn nõrga interaktsiooni massilistest osakestest, paremini tuntud kui WIMP (inglise, nõrgalt interakteeruvad massiivsed osakesed). Need on aatomist väiksemad osakesed ja neil on võime raskusjõu kaudu suhelda nähtava ainega.
Nende olemasolu on hüpoteetiline ja arvatakse, et kui nad oleksid olemas, oleksid nad väga külmad, neil oleks suur mass ja nad liiguksid väga aeglaselt.
MACHO's
Galaktilise halo või MACHO massiivsed objektid (inglise keelest Massiivne astrofüüsikaline kompaktne haloobjekt) koosnevad rändavatest planeetidest, ebaõnnestunud tähtedest ja mustadest aukudest, mis on suure gravitatsioonilise tõmbega kosmose piirkonnad.
Kuigi on võimalik, et nad kuuluvad tumeaine hulka, oleks nende osakaal WIMP-de suhtes väga madal.
Vt ka Matter
Kuidas avastati tumeaine?
Tume aine oli põhimõtteliselt lihtsalt teooria. 1933. aastal tõstatas Šveitsi astronoom ja füüsik Fritz Zwicky võimaluse, et on olemas teatud tüüpi tuvastamatu aine, mis võib mõjutada galaktikaparves toimuvaid liikumisi, mida nimetatakse Coma.
Kobar on tähtede kogum, mis tõmbab üksteist gravitatsioonijõu tõttu. Ja Zwicky avastas teadusliku meetodi rakendamise kaudu, et uuritud klastri kogumass oli umbes 400 korda suurem kui arvutatud. Sel põhjusel järeldas ta, et on olemas teatud tüüpi nähtamatu aine, mis lisab kogu sellele tähtede rühmale täiendavat massi.
1970. aastatel avastas astronoom Vera Rubin, et Andromeda galaktika tähed liikusid sama kiirusega, olenemata nende asukohast. See kiiruse ühtlus viitas sellele, et nendele tähtedele lisab massi veel midagi nähtamatut märki.
Rubini panus oli pimeaine olemasolu aluse rajamisel hädavajalik, mida tõestati ikka ja jälle erinevate tähelepanekutega. Üks olulisemaid oli peaaegu täielikult tumeainest koosneva galaktika VIRGOHI21 avastamine 2005. aastal.
Aastal 2021 saadi Tšiilis asuva Víctor M. Blanco teleskoobi poolt loodud kõige üksikasjalikum pimeaine leviku kaart. Kaart näitab, et tumeaine on universumis palju rohkem levinud, kui algselt arvati, mis avab uusi lähenemisviise astronoomia ja füüsika valdkonnas.
Kuidas täheldatakse tumeainet?
Kuna tumeaine on tegelikult läbipaistev, pole otsest vaatlusmeetodit, mis selle olemasolu hõlpsalt tõestaks. Siiski on ka teisi meetodeid. Enamkasutatavad on:
Gravitatsiooniläätsed
Gravitatsiooniline lääts on nähtus, mis tekib siis, kui väga kaugest tähekehast tulev valgus on moonutatud teise massiivse keha, näiteks galaktika, planeedi, Päikese jms juuresolekul.
Selle kõvera kujulise moonutuse mõõtmist kasutatakse selle põhjustanud eseme massi määramiseks. Massi ja heleduse vastavus võib viidata tumeaine olemasolule, sest mida suurem on heledus, seda rohkem sisaldab uuritud keha tumedat ainet.
Gammakiirte teleskoobid
Linnutee keskel, meie galaktikas, on väga intensiivne valgushall, mis koosneb gammakiirtest, mida nimetatakse Galaktika keskuse liigseks GeV-ks. Arvatakse, et selle halo tekitab tume aine, mis hävitab ennast.
Kuigi tumeaine ei saa valgust eraldada ega peegeldada, on hüpotees, et kahe tumeaine osakese kokkupõrge võib tekitada gammakiirte väga nõrga skaala. Seda tulemust nimetatakse "tumeaine hävitamiseks".
Gammakiirte teleskoobid kaardistavad universumit, otsides seda tüüpi heledust tekitavat allikat ja kahtlustatakse, et gammakiirte leidmisel leiab see ka tumeainet. Kõige kuulsam on Fermi Gamma Ray kosmoseteleskoop.
Tume energia
Kuigi neid võib sünonüümidena segi ajada, on tumeaine ja tume energia kaks erinevat mõistet.
Tume energia on kosmoses eksisteeriv energiavorm, mis avaldab nii tõrjuvat survet, et neutraliseerib gravitatsiooni mõju ja aitab kaasa universumi kiirenenud laienemisele.
Tume energia moodustab kosmoses peaaegu 70% massist, kuid nagu tumeaine, pole ka selle funktsiooni ja koostise osas veel palju teada.
Universumis eksisteerivad koos nii tume energia kui ka tumeaine, kuid need on kaks iseseisvat nähtust.
Vaata ka:
- Universum
- Linnutee
- Galaxy
