Ajattele kaikkea mitä maailmankaikkeudessa on. Jättiläiset avaruusuunit kuten meidän aurinko. Kaasujättiläiset, joiden vieressä planeettamme on vain kääpiö. Rivit asteroideja kilpailevat tyhjän tilan läpi. Kaukaiset tähdet tuhansien valovuosien päässä. Kaikki tämä on vähemmän kuin 5% maailmankaikkeuden massasta. Missä loput ovat? Tämä on edelleen mysteeri. Jättiläinen universumimme olisi voinut muodostua tumman aineen hiukkasista, joita meillä ei ollut edes ollut tilaisuutta havaita. Tutkijat yrittävät todistaa olemassaolonsa ja heidän kanssaan "tummien tähdet" olemassaolon.
On yksi elementti, joka voi muodostaa jopa 25% maailmankaikkeudesta. Emme voi tuntea tai nähdä sitä. Se ei ole vuorovaikutuksessa valon kanssa. Se ei edes koostu rakennuspalikoista, joihin olemme tottuneet - elektroneista ja protoneista atomien sisällä, jotka muodostavat kaiken aineen.
Tämä on "pimeää ainetta", ja tutkijat ovat yrittäneet ymmärtää, mikä se on vuosikymmenien ajan. Teoreettinen astrofysiikka Katherine Freese on yksi niistä, jotka metsästävät näitä salaperäisiä elämäntiilet. Kolmekymmentä vuotta sitten hänen teoriansa näkymättömästä liimasta, joka auttoi muotoilmaan maailmankaikkeutta, johti maanalaisten hiukkaskiihdyttimien rakentamiseen ympäri maailmaa, kuten CERN: n koneet. Mitä he etsivät? Näitä hiukkasia kutsutaan wimpiksi (WIMP), ja Freesen mukaan tältä aavemaisesta materiaalista tehdyt tähdet olisivat voineet auttaa kosmoksia muodostamaan miljardeja vuosia sitten.
Wimps (heikosti vuorovaikutuksessa olevat massiiviset hiukkaset) ovat suuria hiukkasia, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa sähkömagneettisten voimien kanssa. Tämä tekee niistä "tummia" - niitä ei voida havaita sähkömagneettisilla antureilla, joita ihmiset ovat käyttäneet maailmankaikkeuden tutkimiseen viimeisen sadan vuoden ajan.
Mutta supersymmetrian teorian ansiosta - mikä merkitsee sitä, että jokaisella tunnetulla hiukkasella on "antimateriaalin" ekvivalentti - nykyisessä partikkelivalikoimassamme on aukko, ja WIMPS voi täyttää sen aukon täydellisesti. Niitä on kaikkialla, mutta ne eivät jätä jälkiä, koska he eivät halua olla vuorovaikutuksessa ympärillä olevien tavallisten hiukkasten kanssa.
”No, jos otamme kaikki esineet jokapäiväisessä elämässämme - ruumiisi, tuoli, johon se istuu, ilma, jonka hengittää, seinät ympärillämme, lisää planeetat, lisää tähdet - kaikki tämä on tehty ymmärretyistä atomeista kaikki tämä atomiaines muodostaa vain 5% maailmankaikkeudestamme - viisi prosenttia! Sen vuoksi meidän on ymmärrettävä toinen 95 prosenttia. Ja tässä tulee pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Kun ne kulkevat läpi - miljardit hiukkaset sekunnissa - et huomaa sitä, koska heikko vuorovaikutus on todella heikko, mitään ei tapahdu."
Mainosvideo:
Kuinka löydät sen, mitä sinulla ei ole mitään mahdollisuutta nähdä?
”Hyvä analogia tummalle aineelle on tuuli. Emme näe sitä, se on näkymätön, ja olemme silti varmoja siitä, että se on olemassa, koska lehdet rypistyvät. Sama asia on pimeän aineen kanssa. Me näemme, että se vetää asiat toisiinsa … se on asia, mikä tarkoittaa, että se tuntee painovoiman. Hän hymyilee yhdessä ja vetää asiat yhteen. Tiedämme, että se on olemassa tästä syystä, mutta emme tiedä, mistä se koostuu."
Jos puntoja on olemassa - ja Freese on varma, että he tekevät - niiden olisi pitänyt ilmestyä pian ison iskun jälkeen.
Freese tutki tätä teoriaa muiden astrofysiikkojen Paolo Gondolon kanssa Utahin yliopistossa ja Doug Spoliarin kanssa Tukholman yliopistossa Ruotsissa. He etsivät ensimmäisiä "tummia tähtiä", jotka muodostuivat maailmankaikkeuden alkuaikoina.
Nimestään huolimatta nämä muinaiset tähdet häikäisivät - he elivät tumman aineen tuhoamisessa. Ja jotkut heistä voivat elää maailmankaikkeuden kauimpana kulmassa, loistavasti.
"Tummat tähdet aloittivat samoilla massoilla kuin aurinko, mutta voivat kasvaa suuremmiksi, kunnes niistä tuli miljoonien aurinkojen massa ja miljardeja kertoja kirkkaampia."
”Seuraava suuri teleskooppi, James Webbin avaruusteleskooppi, kuuluisan Hubble-avaruusteleskoopin jatke, pystyy löytämään tummia tähtiä. Tekemällä tämän, emme löydä vain täysin uuden tyyppisiä tähtiä, mikä on jo sinänsä yllättävää, vaan todistamme myös, että ne elävät WIMP: n ulkopuolella. Joten ongelma ratkaistaan itse."
Ja se saattaisi loppua yhdelle nykyajan tieteen vaikeimmista haasteista. Tutkijat ovat yrittäneet ratkaista tumman aineen ongelman 1930-luvulta lähtien, mutta vihjeitä sen olemassaolosta ilmestyi kauan ennen sitä.
"Kun ihmiset tutkivat auringon ja niiden ympärillä olevien planeettojen liikettä, he ymmärsivät, että keskiplaneetat liikkuvat melko nopeasti, mutta mitä kauempana keskustasta, sitä hitaampi liike", Freese sanoo.
"Joten he ajattelivat, okei, nämä ovat Newtonin lait, me tunnemme ne, nämä ovat luontolakeja. Katsotaanpa suurempia rakenteita - galakseja ja galaksiryhmiä."
”Mutta sitä ei he löytäneet: he huomasivat, että kun siirryt galaksin keskustasta, kaikki liikkuu samalla nopeudella. Se oli aika outoa."
Freese uskoo, että tähdet ja planeetat, joita näemme yötaivaalla, ovat pitkän reaktioketjun huipentuma, joka alkoi näistä heikosti vuorovaikutuksessa olevista hiukkasista. Ja hän sanoo, että ilman pimeän aineen hiukkasia, maailmankaikkeudesta ei olisi voinut tulla sitä, mikä se on. "Rakenteita, joissa elämme, galaksit ja galaksiklusterit, ei olisi voinut muodostua, jos tumma aine ei olisi muodostanut kosmista verkkoa, jossa elämme."
”Toisin sanoen, ensin pimeä aine tuli yhteen, ja sitten tavalliset atomit, neutronit ja protonit ja niin edelleen, yhdessä tumman aineen kanssa muodostivat prototolaksioita, jotka johtivat galaksien, planeettojen ja tähtien esiintymiseen. Mutta rakenteen muodostamisen aloittamiseksi tarvitaan tummaa ainetta."
ILYA KHEL