Pimeää ainetta ei voida nähdä tai havaita millään instrumentillamme, joten miten tiedämme sen olevan todella olemassa?
Kuvittele, että maailmankaikkeus oli piirakka, ja aikoit viipaloida se maukkaisiin annoksiin, jotka vastaavat mittasuhteet mitkä ovat. Suurin osa piirakkaa, 68% menisi pimeään energiaan, se salaperäinen voima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. 27% menisi pimeään aineeseen, salaperäiseen aineeseen, joka ympäröi galakseja ja on vuorovaikutuksessa vain painovoiman kautta. Vain 5% tästä piirakasta menee normaaliin normaaliin aineeseen, tavaroihin, joista tähdet, planeetat, kaasu, pöly ja ihmiset ovat valmistettu.
Pimeälle aineelle on annettu tämä nimi, koska se ei näytä olevan millään tavalla vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa. Se ei törmää sen kanssa eikä absorboi siitä energiaa. Emme voi nähdä tai havaita sitä millään instrumentillamme. Tiedämme vain sen olevan olemassa, koska voimme nähdä sen painovoiman vaikutuksen.
Nyt voisit sanoa, että jos emme tiedä mitä tämä on, emmekä voi havaita sitä. Mistä tiedämme, että se todella on siellä? Eikö sitä ole todennäköisesti siellä, kuten lohikäärmeitä? Kuinka tiedämme, että tumma aine todella olemassa, kun meillä ei ole aavistustakaan, mikä se oikeastaan on?
Voi, se on siellä. Itse asiassa melkein kaikki, mitä tiedämme, on, että sitä on olemassa. Fritz Zwicky teoriaan pimeästä aineesta keskittyi jo 1930-luvulla galaksiklusterien liikkuvuuden huomioon ottamiseksi, mutta Vera Rubin teki modernit laskelmat 1960- ja 70-luvuilla. Hän laski, että galaksit pyörivät nopeammin kuin pitäisi. Niin nopeasti, että heidän pitäisi repiä itsensä erilleen kuin iloinen karkotettava lapsi.
Rubin kuvitteli, että jokainen galaksi oli juuttunut laajaan pimeän aineen haloon, joka toimitti painovoiman pitämään galaksia yhdessä. Mutta näitä asioita ei tosiasiallisesti voitu havaita, joten tähtitieteilijät ehdottivat muita malleja. Ehkä painovoima ei toimi niin kuin luulemme sen toimivan suurilla etäisyyksillä.
Mutta viime vuosina tähtitieteilijät ovat saaneet paremmin ja paremmin havaitsemaan pimeän aineen puhtaasti siitä huolimatta, että sen painovoiman vaikutus valolle kulkee polulle, joka ylittää maailmankaikkeuden. Kun valo kulkee tumman aineen alueen läpi, painovoima vääristää sen polkua. Suoran linjan ottamisen sijaan valo taivutetaan edestakaisin riippuen siitä, kuinka paljon tummaa ainetta kulkee.
Ja tässä on hämmästyttävä osa. Tähtitieteilijät voivat sitten kartoittaa taivaan pimeän aineen alueet vain katsomalla valon vääristymiä ja työskentelemällä sitten taaksepäin selvittääkseen, kuinka paljon väliintulijan tummaa ainetta tulisi olla siellä sen aiheuttamiseksi.
Näistä tekniikoista on tullut niin hienostuneita, että tähtitieteilijät ovat löytäneet epätavallisia tilanteita, joissa galaksit ja niiden pimeä aine ovat saaneet eroon toisistaan. Tai pimeän aineen galaksit, joilla ei ole tarpeeksi kaasua tähteiden muodostamiseen. Ne ovat vain jättiläisiä pimeän aineen räpöjä. Tähtitieteilijät käyttävät jopa tummaa ainetta painovoimalinsseinä kauempana olevien esineiden tutkimiseen. Heillä ei ole aavistustakaan, mikä on tumma aine, mutta he voivat silti käyttää sitä kaukoputkena.
He eivät ole koskaan vangineet tumman aineen hiukkasia eivätkä ole tutkineet niitä laboratoriossa. Yksi seuraavista Large Hadron Collider -tehtävistä on yrittää luoda hiukkasia, jotka vastaavat tumman aineen ominaisuuksia sellaisena kuin me sen ymmärrämme. Vaikka LHC ei todellakaan luo pimeää ainetta, se auttaa kaventamaan nykyisiä teorioita, ja toivottavasti auttaa fyysikkoja keskittymään tämän mysteerin todelliseen luonteeseen.
Näin tiede toimii. Joku huomaa jotain epätavallista, ja sitten ihmiset ehdottavat teorioita selittääkseen sen. Teoriaa, joka parhaiten vastaa todellisuutta, pidetään oikeana. Elämme uudenaikaisessa maailmassa, jossa niin monia tieteellisiä teorioita on jo todistettu satojen vuosien ajan: bakteereita, painovoimaa, evoluutiota jne. Mutta tumman aineen ollessa hengissä aikana, jolloin tämä on mysteeri. Ja jos meillä on onnea, näemme sen ratkaistuina elämämme aikana. Tai ehkä lopulta ei ole pimeää ainetta, ja aiomme oppia jotain aivan uutta universumistamme. Tiede, kaikki on sinun vastuullasi.
Mikä luulet tumman aineen olevan? Kerro meille alla olevissa kommenteissa.
Podcast (ääni): Lataa (kesto: 4:46 - 4,4 Mt)
Tilaa: Apple Podcastit | Android | RSS
Podcast (video): Lataa (kesto: 5:09 - 60,1 Mt)
Tilaa: Apple Podcastit | Android | RSS
