Mikä on pimeä aine?
Pimeä aine on eräänlainen aine, joka koostuu pienistä hiukkasista, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa eivätkä lähetä sähkömagneettista säteilyä. Tämä tarkoittaa, että ne eivät voi tuottaa, heijastaa tai absorboida valoa. Tästä syystä pimeä aine on läpinäkyvä eikä sitä voi nähdä paljaalla silmällä.
Muista, että puhuessamme aineesta viittaamme mihin tahansa kappaleeseen tai materiaaliin, joka vie paikan avaruudessa ja jolla on massa ja tilavuus. Pimeä aine täyttää nämä ominaisuudet, vaikka sitä ei ole mahdollista nähdä.
Joten jos pimeä aine on läpinäkyvä, mistä tiedämme sen olevan olemassa? Sen olemassaolo tunnetaan seurauksista, joita se aiheuttaa maailmankaikkeudessa, kuten tähtien siirtymisestä tai niiden lähettämän valon vääristymästä. Uskotaan, että pimeä aine voi vaikuttaa sekä ilmiöihin että muihin.
Pimeän aineen tutkimus on erittäin tärkeää, koska se antaisi meille mahdollisuuden ymmärtää tähtirakenteiden toimintaa. Se auttaisi myös tulkitsemaan, mitä tapahtui maailmankaikkeuden alkuvaiheessa, joka tunnetaan paremmin nimellä Big Bang.
Pimeän aineen koostumus
Vaikka pimeän aineen olemassaolo on tieteen todistama tosiasia, ei ole kovin selvää mistä se koostuu. Tiedetään, että pimeä aine ei koostu protoneista tai neutronista (baryoninen aine). Sitten syntyy kahden perustekijän olemassaolo:
Ei-bariooninen aine (WIMP: t)
Ei-bararyoninen aine koostuisi ns. Heikosta vuorovaikutuksesta muodostuvista hiukkasista, jotka tunnetaan paremmin nimellä WIMP's (englanniksi, heikosti vuorovaikutuksessa olevat massiiviset hiukkaset). Ne ovat atomia pienempiä hiukkasia ja niillä on kyky olla vuorovaikutuksessa näkyvän aineen kanssa painovoiman kautta.
Heidän olemassaolonsa on hypoteettinen, ja uskotaan, että jos heidät olisi olemassa, he olisivat hyvin kylmiä, niillä olisi suuri massa ja liikkuisivat hyvin hitaasti.
MACHO: t
Galaktisen halon tai MACHO: n massiiviset esineet (englanniksi Massiivinen astrofysikaalinen kompakti halo-esine) koostuvat vaeltavista planeetoista, epäonnistuneista tähdistä ja mustista aukoista, jotka ovat avaruuden alueita, joilla on suuri painovoima.
Vaikka on mahdollista, että ne ovat osa pimeää ainetta, niiden osuus olisi hyvin pieni suhteessa WIMP: iin.
Katso myös asia
Kuinka pimeä aine löydettiin?
Pimeä aine oli periaatteessa vain teoria. Vuonna 1933 sveitsiläinen tähtitieteilijä ja fyysikko Fritz Zwicky toi esiin mahdollisuuden havaita sellaista ainetta, joka voisi vaikuttaa Coma-nimisessä galaksiryhmässä tapahtuviin liikkeisiin.
Ryhmä on joukko tähtiä, jotka houkuttelevat toisiaan painovoimansa ansiosta. Ja Zwicky huomasi tieteellisen menetelmän avulla, että tutkitun klusterin kokonaismassa oli noin 400 kertaa suurempi kuin mitä laskettiin. Tästä syystä hän päätteli, että oli olemassa eräänlainen näkymätön aine, joka lisäsi ylimääräistä massaa koko tähän tähtiryhmään.
Tähtitieteilijä Vera Rubin huomasi 1970-luvulla, että Andromedan galaksin tähdet liikkuivat samalla nopeudella sijainnistaan riippumatta. Tämä nopeuden yhtenäisyys viittasi siihen, että jotain muuta ei-näkyvää merkkiä lisäsi massaa näihin tähtiin.
Rubinin panos oli välttämätön pimeän aineen olemassaolon perustamisen kannalta, mikä todistettiin yhä uudelleen erilaisilla havainnoilla. Yksi tärkeimmistä oli vuonna 2005 löydetty lähes kokonaan pimeästä aineesta koostuva galaksi VIRGOHI21.
Vuonna 2021 saatiin yksityiskohtaisin kartta pimeän aineen leviämisestä, jonka loi Chilessä sijaitseva Víctor M.Blanco -teleskooppi. Kartta osoittaa, että pimeä aine on paljon yleisempi maailmankaikkeudessa kuin alun perin uskottiin, mikä avaa uusia lähestymistapoja tähtitieteen ja fysiikan alalla.
Kuinka pimeää ainetta havaitaan?
Koska pimeä aine on itse asiassa läpinäkyvä, ei ole suoraa havainnointimenetelmää, jolla voidaan helposti todistaa sen olemassaolo. On kuitenkin muitakin menetelmiä. Käytetyimmät ovat:
Gravitaatiolinssit
Gravitaatiolinssi on ilmiö, joka tapahtuu, kun hyvin kaukaisen tähtirungon valo vääristyy toisen massiivisen ruumiin, kuten galaksin, planeetan, Auringon jne. Läsnä ollessa.
Tämän käyrän muotoisen vääristymän mittausta käytetään sen aiheuttaneen kohteen massan määrittämiseen. Massan ja kirkkauden välinen vastaavuus voi osoittaa pimeän aineen läsnäolon, koska mitä suurempi kirkkaus, sitä enemmän pimeää ainetta tutkittu runko sisältää.
Gammasäde-teleskoopit
Linnunradan, galaksimme, keskellä on erittäin voimakas valohalo, joka koostuu gammasäteistä, nimeltään Galaktisen keskuksen ylimääräinen GeV. Ja tämän halon uskotaan syntyvän pimeästä aineesta, joka tuhoaa itsensä.
Vaikka pimeä aine ei pysty emittoimaan tai heijastamaan valoa, on hypoteesi, että kahden pimeän aineen hiukkasen törmäys voisi tuottaa gammasäteilyä hyvin heikossa mittakaavassa. Tätä tulosta kutsutaan "pimeän aineen tuhoamiseksi".
Gammasäde-teleskoopit kartoittavat maailmankaikkeutta etsimään lähdettä, josta tällainen kirkkaus on peräisin, ja epäillään, että gammasäteitä löydettäessä se löytää myös pimeää ainetta. Tunnetuin on Fermi Gamma Ray -avaruusteleskooppi.
Tumma energia
Vaikka ne voidaan sekoittaa synonyymeinä, pimeä aine ja tumma energia ovat kaksi eri käsitettä.
Tumma energia on avaruudessa vallitseva energiamuoto, joka kohdistaa niin vastenmielistä painetta, että se vastustaa painovoiman vaikutusta ja myötävaikuttaa maailmankaikkeuden nopeutettuun laajenemiseen.
Pimeä energia muodostaa lähes 70% avaruuden massasta, mutta kuten pimeä aine, sen toiminnasta ja koostumuksesta on vielä paljon tuntematonta.
Sekä pimeä energia että pimeä aine esiintyvät samanaikaisesti maailmankaikkeudessa, mutta ne ovat kaksi itsenäistä ilmiötä.
Katso myös:
- Maailmankaikkeus
- Linnunrata
- Galaxy
