Merkinnöissä ja kommenteissa on toisinaan sivuttu pimeää ainetta, joten kirjoitan siitä hieman. Kerron ensin, miksi pimeää ainetta arvellaan olevan olemassa, ja jatkan seuraavassa merkinnässä siitä, mitä pimeä aine voisi olla ja miten sitä yritetään löytää.

Pimeä aine tarkoittaa sellaista ainetta, joka on näkymätöntä tai ainakin niin himmeää, että emme näe sitä suoraan. Voimme kuitenkin päätellä sen olemassaolon painovoiman kautta.

Ensimmäinen viite pimeästä aineesta saatiin vuonna 1933. Tähtitieteilijä Fritz Zwicky päätteli Coma-galaksiryppään galaksien liikkeistä, että Coma sisältää paljon enemmän massaa, kuin mitä siellä nähdään. Periaatteena on se, että mitä massiivisempi rypäs, sitä nopeammin galaksit siellä liikkuvat. Pimeän aineen ideaa ei hyväksytty vuosikymmeniin. Zwicky oli sitä mieltä, että syynä oli tähtitieteilijöiden keskinkertaisuus. Zwicky oli usein edellä aikaansa, mutta silloisten havaintojen yksityiskohtia tuntematta en tiedä, oliko tämä arvio hänen kollegoistaan aivan aiheellinen. Galaksiryppäiden liikkeiden päätteleminen ei ole aivan helppoa, ja on syytä olla varovainen vain yhden systeemin tarkasteluun perustuvien johtopäätösten suhteen.

Tilanne muuttui 1970-luvulla, jolloin saatiin tarkkoja havaintoja tähtien kiertonopeuksista galakseissa. Galaksit (erityisesti spiraaligalaksit) ovat rakenteeltaan symmetrisempiä ja siten helpompia analysoida kuin sotkuiset galaksiryppäät, joiden muodot eivät ole niin selkeitä.

Newtonin gravitaatioteorian mukaan ympyräradalla kiertävän tähden nopeus määräytyy suoraan radan sisällä olevasta massasta. Havaitut nopeudet ovat suurempia kuin mitä galakseissa nähty massa aiheuttaisi. Galakseissa on siis massaa, jota ei nähdä, tai Newtonin gravitaatioteoria ei päde niissä.

Se mahdollisuus, että Newtonin gravitaatiolaki ei toimikaan galakseissa, on periaatteessa kiintoisa. Yleisen suhteellisuusteorian korjaukset Newtonin teoriaan ovat galakseissa erittäin pieniä -paitsi lähellä mustia aukkoja tai neutronitähtiä- joten tämä tarkoittaisi sitä, että yleinen suhteellisuusteoria ei päde.

On melko helppoa keksiä uusi teoria Newtonin gravitaation tilalle siten, että tähtien liikkeet selittyvät, mutta pimeä aine esiintyy muuallakin. Galaksiryppäistä on nykyään tarkempia havaintoja, kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet kielivät pimeästä aineesta, massavirtaukset kymmenien miljoonien valovuosien etäisyyksillä vaativat selitystä, pimeän aineen aiheuttaman avaruuden kaartumisen vaikutus valon kulkuun on nähty, ja niin edelleen.

Pimeä aine selittää monia havaintoja yhdellä selkeällä hypoteesilla. Gravitaatiolakia muutettaessa joudutaan sen sijaan säätämään eri vipuja kullekin havainnolle, ja näin muotoillut teoriat ovat monimutkaisia ja rumia. Tämä ei tarkoita sitä, että ne ovat välttämättä väärin - sen määräävät kokeet, ei estetiikka.

Pimeän aineen olemassaolon varmentamiseksi tulisi havaita pimeä aine suoraan, ei vain gravitaation kautta. Tämän tekemiseksi pitäisikin sitten tietää, mitä pimeä aine oikeastaan on. Gravitaation kannalta on jokseenkin yhdentekevää, millaisista hiukkasista pimeä aine koostuu, vain massalla ja lukumäärällä on merkitystä. Mutta jos halutaan havaita hiukkanen laboratoriossa, pitää tietää millainen se on - eli miten se vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa. Tämä on seuraavan merkinnän aihe.

Kommentit (6)

Taivaaseen astumista odotelles...

[...] ja hienostunut teoreettinen rakennelma. Kosmologiassa sen sijaan on kokoelma palasia -inflaatio, pimeä aine, pimeä energia- joista mitään ei tunneta yksityiskohtaisesti, eikä tiedetä miten ne sopivat [...]

Aineen synty - blogit - Tiede.fi

[...] tässä yhteydessä käsittele pimeää ainetta, joka saattaa koostua yhtä suuresta määrästä ainetta ja antiainetta: annihilaatiosta tulevan [...]

Kiekkoja ja palloja - blogit -...

[...] Pimeä aine on ainetta, joka vuorovaikuttaa heikosti valon ja tavallisen aineen kanssa. Tämän takia se on näkymätöntä eikä siihen voi koskea. Jos pimeää ainetta on olemassa, niin se koostuu toistaiseksi tuntemattomista hiukkasista. Useat seikat viittaavat pimeän aineen olemassaoloon. Ne kaikki liittyvät pimeän aineen gravitaatiovaikutukseen: kuten tavallinen aine, pimeä aine on massiivista ja toimii gravitaation lähteenä. Todistuskappaleista eräs helpoimmin selitettävistä on se, miten tähdet liikkuvat galakseissa. [...]

Vieraita avaruudesta - blogit ...

[...] ennustetta. Toinen mahdollisuus olisi, että korkeaenergisiä kosmisia säteitä syntyisi pimeän aineen hajotessa oman galaksimme tienoilla. Uudempien havaintojen valossa näyttää kuitenkin [...]

Jutunkerrontaa - blogit - Tied...

[...] koska niitä syntyy vain erityisissä olosuhteissa, kuten supernovien jäänteissä, pulsareissa ja pimeän aineen [...]

Odotettuja törmäyksiä | Tiede.fi

[...] jonka mukaan “kansainvälinen tutkimusryhmä uskoo tehneensä ensimmäisen havainnon” pimeän aineen hiukkasista. Kyse ei ole Maapallon kiertoradalla havaituista positroneista, joiden avulla pimeä [...]

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto