Pimeä aine muodostaa ainakin pilven galaksin ympärille. Kuva: Eso
Pimeä aine muodostaa ainakin pilven galaksin ympärille. Kuva: Eso

Kasautumiseen tarvitaan sähkömagneettista voimaa.

Entä jos maailmankaikkeudessa piileksii pimeän aineen tähtiä? Huikean ajatuksen esittävät tähtitieteilijät Matthew Buckley ja Anthony DiFranzo yhdysvaltalaisesta Rutgersin yliopistosta Physical Review Letters -lehdessä. Mystinen pimeä aine voisi koostua protoneihin ja elektroneihin rinnastettavista pimeistä hiukkasista, jotka tuntevat pimeän sähkömagneettisen voiman.

Siksi pimeä aine saattaisi kasautua tähtien kaltaisiksi tihentymiksi, kaksikko järkeilee.

Ajatus on rohkea, koska tutkijat eivät vielä tiedä, mitä pimeä aine on. Sitä ei ole havaittu suoraan. Se ei säteile eikä heijasta valoa. Siksi on ajateltu, että pimeä aine ei tunne sähkömagneettista voimaa.

Vahvin ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi on toistaiseksi ollut wimp, suomeksi nynny. Se on massiivinen mutta heikossa vuorovaikutuksessa. Sen arvellaan tuntevan vain painovoiman ja heikon ydinvoiman.

Heikon vuorovaikutuksen ansiosta wimpin voisi jopa havaita. Niiden ei kuitenkaan ole ajateltu muodostavan pimeän aineen kappaleita.

Koko jää jättimäiseksi

Buckleyn ja DiFranzon pimeän aineen hiukkaset eroavat wimpeistä perusteellisesti. Heidän teoriansa hahmottelemat hiukkaset pystyisivät pimeän sähkömagneettisen voiman ansiosta olemaan vuorovaikutuksessa ja säteilemään energiaa, jolloin ne voisivat myös hidastua eli viilentyä. Silloin pimeät hiukkaset saattaisivat kasautua painovoiman vaikutuksesta kappaleiksi, niin kuin tavallinenkin aine tekee.

Tähän asti on ajateltu, että pimeä aine ympäröi planeettoja, aurinkokuntia ja galakseja pilvenä. Pilvien lisäksi voikin olla jättiläismäisiä pimeän aineen kappaleita, jos tutkijakaksikko on oikeassa. Heidän laskelmansa sanovat, että suuret, galaksin kokoiset pilvet eivät voisi romahtaa kasaan kappaleeksi, sillä niissä on liikaa energiaa poistettavaksi.

Pienemmät pilvet sen sijaan voisivat romahtaa kasaan. Kappaleen mahdollinen koko riippuu siitä, millaisia pimeän aineen hiukkasten ja voimien ajatellaan olevan. Joka tapauksessa pimeä tähti jää paljon suuremmaksi kuin tavallinen, koska tietyn rajan jälkeen se ei enää voi menettää energiaa. Niinpä pimeän aineen kappale voisi olla laidasta laitaan mitaten satojen valovuosien kokoinen.

Valtavia muodostumia mahtuisi Linnunrataan tuhansia, kertoo Science News. Teoriaa voi myös testata havainnoilla. Tämän kokoisten kappaleiden painovoimavaikutuksia on mahdollista nähdä Euroopan avaruusjärjestön Gaia-avaruusteleskoopilla.

Jo vanha arvoitus

Pimeän aineen arvoituksen keksi sveitsiläissyntyinen tähtitieteilijä Fritz Zwicky vuonna 1933. Hän havaitsi, että galaksit pyörivät galaksijoukoissa liian nopeasti näkyvään massaan nähden.

Yhdysvaltalainen fyysikko Vera Rubin vahvisti 1960-luvun alussa, että ilman pimeän aineen painovoimaa galaksit hajoaisivat pyöriessään. Näkyvän aineen massa ei riittäisi pitämään galakseja koossa.

Pimeää ainetta on laskettu olevan viisinkertaisesti näkyvään aineeseen verrattuna. Pimeitä hiukkasia ei ole silti vielä havaittu.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2018