Tumeaine ja tumeenergia valitsevad universumi (0)

Tumeaine ja tumeenergia valitsevad universumi
Universum koosneb kolmest mateeriatüübist. Kõigi paremini tuntud osa moodustab barüonaine, millest koosneme meie, elusloodus , planeedid, tähed. Seda on Universumis siiski üsna napilt. Teise olulise osa moodustab tume aine ehk moodsamalt tumeaine, mida on viiendiku jagu. Kolmas ehk kõige mõistatuslikum osa Universumi massist on tume energia ehk tumeenergia. Tumedaks kutsutakse viimaseid seetõttu, et need aine vormid ei ole teleskoopidega otseselt nähtavad. Tõendeid nende olemasolu kohta saab vaid kaudselt, näiteks mõjutavad need nähtava aine liikumist ning jaotust Universumis. Füüsikud ütlevad selle kohta peenemalt nii: tumeaine ja -energia interakteeruvad barüonainega väga nõrgalt, põhiliselt gravitatsiooniliselt.
Sageli võrreldakse tumeaine ja barüonaine käitumist hämara balliruumiga, mis on täis valssi tantsivaid paare , mehed kandmas ainult musta ja naised valget. Hämaras ruumis näeme ainult heledalt riietatud naisi tantsimas. Jälgides nende tantsu, saame siiski aru, et neil peavad olema tantsupartnerid, kes nende valsipöördeid tasakaalustavad. Teiseks astronoomid suudavad mõõta väikseid kõrvalekaldeid ühtlasest jaotusest, seda nimetatakse massijaotuse häiritusspektriks. Too spekter vajab tumeainet: viimaseta oleks see oluliselt teistsugune kui vaadeldav spekter. Näiteks kui poleks tumeainet, siis poleks barüonaine saanud kuhjuda galaktikateks. Veel on teada, et enamiku barüonainest moodustab vesinik , veerandi jagu on heeliumi ning alla ühe protsendi muid elemente. Seda on mõõdetud ülivarajaste tähtede plasma koostiste järgi. Niisugune elementide jaotus, nagu on mõõdetud, sai tekkida üksnes juhul, kui varases Universumis oli barüonainet ja tumeainet õiges vahekorras, suhtega umbes 1:5.
Tumeenergia kohta on vähem tõendeid. Esiteks ei ühti tumeenergia põhimõte osafüüsika standardmudeliga. Standardmudelis on vaid üks osake, mis selliste omadustega klapib - neutriino . Aga oh häda, neutriino peab olema Standardmudelis massitu. Seega ei saa neutriino Standardmudeli järgi olla kuidagi massiivseks tumeaineks. ihtne supersümmeetria ei ennusta tumeainet, aga kui lisada supersümmeetriasse nn R-paarsuse nimeline uus sümmeetria, sisaldab teooria üht uut massiivset ja stabiilset osakesetüüpi. Seega oli osakestefüüsikute peamine lootus R-paarsusega supersümmeetrial. Supersümmeetria ei lahendaks mitte ainult tumeaine probleemi, vaid selle abil saaks seletada veel mitmeid Standardmudeli „veidrusi". Supersümmeetrial on lisaks palju häid matemaatilisi omadusi ja sügavamalt olemuselt on supersümmeetriline ka stringiteooria. Stringiteooria on teadaolevalt ainus matemaatiline mudel, mis suudab anda ideid, kuidas võiks olla ühendatud ühte teooriasse kõik loodusest tuntud jõud: gravitatsioon, tugev ja nõrk vastastikmõju ning elektromagnetiline vastastikmõju. Kosmilised kiired on teatavasti kõik need osakesed, mis saabuvad Maale kosmosest . Suur osa kosmilisest kiirgusest jääb lõksu Maa magnetvälja ning järelejäänud osast enamik neeldub juba atmosfääri ülakihtides ja maapinnani jõuab üksnes tühine murdosa . Seega ei ole kasu kosmiliste kiirte otsimisest maa peal. Kõige targem on teha seda Maa atmosfääri kõrgemates sfäärides, kus Maa mõjutused ei ole nii suured. Selliseid mõõtmisi on tehtud spetsiaalsete satelliitide ja õhupallidega, mis suudavad püsida kindlatel laiuskaraadidel piisavalt kaua. 2008. aasta novembris avaldati kahe kosmiliste kiirte mõõtmise eksperimendi, PAMELA ja ATICu tulemused. PAMELA on spetsiaalne satelliit , mis mõõdab kosmilisi kiiri avakosmoses. Nime ATIC kandis õhupallieksperiment, mis tegi mõõtmisi Antarktika kohal hõljudes. Kokkusattumusena avaldasid mõlemad töörühmad oma eksperimendi tulemused maailma mainekamas teadusajakirjas Nature üksnes mõnenädalase vahega. Uudised ise väärivad väga tõsist tähelepanu. Nimelt näitasid mõlemad eksperimendid , et kui mõõdetud kosmilised kiired on tõesti tekitanud tumeaine, on tumeaine oodatust sootuks erinev. PAMELA ja ATICu andmed näitavad , et leptoneid tekib tunduvalt rohkem. Lisaks näitavad ATICu mõõtmised, et tumeda aine osakese mass võiks olla umbes üks teraelektronvolt. See on umbes viis korda raskem, kui on kõige raskem senituntud Standardmudeli osake, t- kvark massiga viiendik teraelektornvolti. Pole lõplikult kindel, kas mõõdetud kosmilised kiired ikka pärinevad tumeainest. Alternatiivse võimalusena on pakutud , et niisugust kiirgust saab tekitada ka aktiivne ja suhteliselt lähedal asuv pulsar ehk siis noor neutrontäht, mis on teatavasti jäänuk suure tähe südamikust pärast supernoovaplahvatust.
Tõendeid tumeaine olemasolust on leitud mitmeid aastaid, aga tumeenergia olemasolu peab peab veel uurima ja tõestama. Viimased uuringud on toonud selles vallas tugevaid tõendeid, kuid ei ole kõiki kahtlusi kustutanud. Tumeaine tõendid on olemas ja need ei lähe vastuollu ka standard füüsika põhitõdedega, erinevalt tumeenergiast. Ikkagi peab valitsema universumis mingi aine. Ja tumeaine ja tumeenergia ideed on ainsad peaaegu loogilised lahendused praegustele probleemidele.