Fyysikot ovat pitkään pyrkineet vapauttamaan pimeän aineen käytöstä ja saamaan todellisen kuvan salaperäisestä aineesta, joka muodostaa neljänneksen maailmankaikkeudesta. Yksi idea siitä, mikä piiloutuu näkymättömyyden viitan alla? Monet pienet, sumea hiukkaset, jotka käyttäytyvät kuin yksi jättimäinen hiukkanen.
Mutta viimeisin tällaisten sumeajen, erittäin kevyiden hiukkasten metsästys, joka julkaistiin 28. helmikuuta lehdessä Cosmology and Astroparticle Physics, on tullut tyhjin käsin.
Tulokset viittaavat siihen, että jos tumma aine on todella tehty näistä pienimuotoisista hiukkasista, se on niin vaikeasti kuin nimensä osoittaa, ja on tuskin vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa.
Pimeyden sydän
Tumma aine on yksi maailmankaikkeuden parhaiten säilyneistä salaisuuksista. Tavara ei ole vuorovaikutuksessa valon kanssa, mutta vetoaa kuitenkin gravitaatioon muihin aineisiin. Vaikka tutkijat muodostavat noin neljänneksen maailmankaikkeuden massasta ja energiasta, tutkijat eivät näytä löytävän sitä tai edes tajuavan siitä, mistä se on tehty.
Monet tutkijat spekuloivat, että tumma aine voisi koostua heikosti vuorovaikutuksessa olevista massiivisista hiukkasista (WIMP). Mutta WIMP-teoriat esiintyvät lyhyt monin tavoin. Esimerkiksi näiden hiukkasten tulisi aiheuttaa pieniä rakenteita galaksien verkossa, joita tähtitieteilijät eivät ole nähneet. Joten sen sijaan jotkut tutkijat etsivät toiseen suuntaan tummaa ainetta - ultrakevyitä hiukkasia.
Vaikka on monia ideoita siitä, mitä tumma aine voi olla, yhdelläkään niistä ei ole paljon todisteita, sanoi Sergey Troitsky, paperin kirjoittaja ja tutkija Venäjän tiedeakatemian ydintutkimusinstituutissa. "Joten on harkittava, tutkittava ja poistettava kaikki mahdollisuudet yksi kerrallaan."
Jotkut ultrakevyt teoriat, jotka tunnetaan myös nimellä sumea, tumma aine, ehdottavat hiukkanen, joka on noin 10 ^ 28 kertaa kevyempi kuin elektroni. Tätä "sumeaa" tummaa ainetta kutsutaan niin, koska sen pieni massa tarkoittaa sitä, että se toimii enemmän kuin sotkuinen hiukkas, jossa on epäselvyyttä Uusi tutkimus kokeili tapaa etsiä tämäntyyppisiä hiukkasia aktiivisten galaksien valossa.
Koska tumma aine muodostaa niin suuren osan maailmankaikkeudesta, jos se on tehty ultrakevythiukkasista, niitä on oltava paljon. Itse asiassa niin monia, että ne olisivat ainutlaatuisessa tilassa, kuten kentässä tai Bose-Einsteinin kondensaatissa - tilassa, jossa hiukkaset, usein erittäin viileissä lämpötiloissa, rypistyvät yhteen ja toimivat yhtenäisesti yhtenä. Vaikka yksittäiset tumman aineen hiukkaset eivät ole vuorovaikutuksessa valon kanssa - minkä vuoksi tutkijat ovat kamppailleet löytääkseen niitä - suurissa mittakaavoissa, kentällä olisi huomattava vaikutus valon polarisaatioon tai suuntaan, kun se heilahtaa avaruudessa. Tämä tapahtuisi, kun kentän tiheys värähtelee säännöllisesti, itse asiassa muuttaen tapaa, jolla valo kulki alueen läpi.
Teorian mukaan tämä vaikutus voitaisiin nähdä tumman aineen alueella vähintään 325 valovuoden poikki. Kentän värähtelynopeus riippuu suoraan ultrakevyiden tumman aineen hiukkasten massasta, joten näkemällä tämän vaikutuksen tutkijat toivoivat voivansa mitata tumman aineen massa.
Tutkiessaan ultrakevyen pimeän aineen kentistä johtuvia muutoksia valon polarisaatiossa tutkijat tarkastelivat arkistotietoja Very Long Baseline Array -radioskoopista, joka koostui 10 (82 jalkaa) (25 metriä) kaukoputkesta, jota toimitettiin Socorrosta, New Meksiko. He keskittyivät valoon 30 galaksin sydämestä, joka eritti valtavia määriä ainetta suihkukoneissa, jotka voivat ulottua satojen valovuosien poikki. Näiden galaksien valo on erittäin polarisoitunutta ja sitä on tutkittu hyvin, joten niistä oli jo saatavilla pitkäaikaista arkistotietoa.
"Käytämme usein julkaistujen lehtien tai julkisesti saatavien tietokantojen astrofyysisiä tietoja rajoittaaksemme alkuainehiukkasten ominaisuuksia", Troitsky kertoi Live Science: lle. "Mutta tällä kertaa otimme yhteyttä muihin radio-tähtitieteilijöihimme ja he kaivoivat omia tietojaan valitsemalla huolellisesti havainnointisarjat vain tehtävämme varten."
Analysoimalla kahden vuosikymmenen tietoja, tutkijat löysivät paljon värähtelyjä, mutta eivät tyyppejä, joita he etsivät. Aktiiviset galaktiset ytimet pulssittavat usein ilman säännöllistä taajuutta. Mutta ultrakevyestä pimeästä aineesta tulevat värähtelyt tapahtuisivat kaikki samalla ajanjaksolla värähtelyjen välillä.
Viime kädessä tutkijat eivät nähneet merkkejä ultrakevyestä pimeästä aineesta, ainakaan sellaisissa massoissa, jotka selittäisivät galaksien verkosta löytyvien pienten rakenteiden puuttumisen. Se ei kuitenkaan tarkoita, että niitä ei ehdottomasti ole.
"Ei ole mitään takeita siitä, että tumman aineen hiukkasella on minkä tahansa vuorovaikutus näkyvän maailman kanssa painovoiman lisäksi ", Troitsky sanoi." Olisi erittäin vaikea löytää sellainen hiukkanen, jolla on jonkin verran massaa ja jolla ei ole muuta vuorovaikutusta, vaikka se onkin yksi yksinkertaisimmista vaihtoehdoista selittää tumma aine. "
Vaikka uusi tutkimus saattaa tehdä tavanomaisesta ultrakevyestä pimeästä aineesta epätodennäköistä, tutkijat eivät ole valmiita sulkemaan sitä pois.
"Ainoa, mitä tiedämme varmasti tummasta aineesta, on se, että se on tunnetun hiukkasfysiikan ulkopuolella", kertoi Israelin Tel Aviv -yliopiston tähtitieteilijä Rennan Barkana, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Joten, kunnes meillä on vakuuttavia havainnollisia todisteita tumman aineen luonteesta, meidän on oltava varovaisia arvausten ja spekulointien suhteen ... ja pidettävä avoin mieli."
