Lihtsustatult öeldes arvatakse, et Dark Matter mitte ainult ei moodusta suurema osa Universumi massist, vaid toimib ka tellingutena, millele galaktikad on ehitatud. Kuid selle salapärase, nähtamatu massi kohta tõendite leidmiseks on teadlased sunnitud tuginema kaudsetele meetoditele, mis on sarnased mustade aukude uurimisel kasutatud meetoditega. Põhimõtteliselt mõõdavad nad seda, kuidas tumeda aine olemasolu mõjutab selle läheduses olevaid tähti ja galaktikaid.
Tänaseks on astronoomidel õnnestunud leida tõendeid tumeaine kogunemisest keskmiste ja suurte galaktikate ümber. Kasutades andmeid Hubble'i kosmoseteleskoop ja uue vaatlusmeetodi abil leidis UCLA ja NASA JPL astronoomide meeskond, et tumeaine võib moodustada palju väiksemaid tükke kui seni arvati. Neid leide tutvustati sel nädalal Ameerika Astronoomiaühingu (AAS) 235. koosolekul.
Kõige laialdasemalt aktsepteeritud teooria Dark Matter kohta väidab, et see ei koosne samast materjalist kui baryooniline (aka. Normaalne või “helendav” aine) - st prootonid, neutronid ja elektronid. Selle asemel arvatakse, et Dark Matter koosneb mingist tundmatust subatomaatsest osakestest, mis interakteeruvad normaalse mateeriaga ainult gravitatsiooni kaudu, põhijõududest nõrgeimad - ülejäänud on elektromagnetilised, tugevad ja nõrgad tuumajõud.
Veel üks laialt aktsepteeritud teooria väidab, et Dark Matter liigub aeglaselt võrreldes muud tüüpi osakestega ja on seetõttu altid klompide moodustumisele. Selle idee kohaselt peaks universum sisaldama mitmesuguseid tumeda aine kontsentratsioone, ulatudes väikesest suureni. Kuid seni pole väikesi kontsentratsioone kunagi täheldatud.
Kasutades Hubble'i lainurkkaamera 3 (WFC3) saadud andmeid, otsis uurimisrühm nende väikeste klompide kohta tõendusmaterjali, mõõtes kaheksa kauge galaktika (teise nimega kvaasarite) eredatest tuumadest tulevat valgust, et näha, kuidas see mõjutab selle liikumist läbi kosmose. Seda tehnikat, mida tavaliselt kasutavad astronoomid kaugete galaktikate, täheparvede ja isegi eksoplaneetide uurimiseks, nimetatakse gravitatsiooniläätseks.
Algselt ennustas Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria, see tehnika tugineb suurte kosmiliste objektide gravitatsioonijõule, et väänata ja suurendada valgust kaugematest objektidest. Daniel Gilman UCLA-st, kes oli vaatlusrühma liige, selgitas protsessi järgmiselt:
„Kujutage ette, et igaüks neist kaheksast galaktikast on hiiglaslik luup. Väikesed tumeda aine tükid toimivad luubil väikeste pragudena, muutes nelja kvaasari kujutise heledust ja asukohta võrreldes sellega, mida võiksite oodata, kui klaas oleks sile. "
Nagu loodetud, on Hubble kujutised näitasid, et nendest kaheksast kvaasist tulev valgus avaldas läätseefekti, mis on kooskõlas väikeste klompide olemasoluga teleskoobi vaateväljas ning esiplaani läätsega galaktikates ja nende ümber. Kaheksa kvasaari ja galaktikat olid joondatud nii täpselt, et väändumisefekt tekitas igast kvasarist neli moonutatud pilti.
Kasutades keerulisi arvutiprogramme ja intensiivseid rekonstrueerimise tehnikaid, võrdles meeskond moonutuste taset prognoosidega, kuidas kvasarid ilmuvad ilma tumeda aine mõjuta. Neid mõõtmisi kasutati ka tumeaine kontsentratsiooni masside arvutamiseks, mis näitas, et need on Linnutee enda tumeda aine halo massi massist 1/10 000 kuni 1/100 000. korda.
Lisaks sellele, et esimest korda on täheldatud väikseid kontsentratsioone, kinnitavad meeskonna tulemused ka ühte „Külma tumeda aine” teooria põhimõttelisi ennustusi. See teooria postuleerib, et kuna Dark Matter on aeglaselt liikuv (või “külm”), suudab see moodustada struktuure, mis ulatuvad pisikestest kontsentratsioonidest tohututeni, mis on mitu korda Linnutee mass.
See teooria väidab ka, et kõik universumi galaktikad moodustusid halogeenidena tuntud tumeda aine pilvedes ja kinnistusid nendesse. Väikesemahuliste klompide tõendite asemel on mõned teadlased väitnud, et Dark Matter võib tegelikult olla “soe” - s.o kiiresti liikuv - ja seetõttu väiksemate kontsentratsioonide moodustamiseks liiga kiire.
Uued tähelepanekud pakuvad siiski kindlat tõendit, et külma tumeda aine teooria ja seda toetav kosmoloogiline mudel - Lambda külma tumeda materjali (? CDM) mudel - on õige. Nagu meeskonna liige prof Tommaso Treu Los Angelese California ülikoolist (UCLA) selgitas, on need viimased Hubble vaatlused annavad uue ülevaate tumeda aine olemusest ja selle käitumisest.
"Tegime külma tumeaine mudeli jaoks väga kaaluka vaatlustesti ja see läbib lendavaid värve," rääkis ta. "On uskumatu, et pärast ligi 30-aastast kasutamist võimaldab Hubble tipptasemel füüsikas ja universumi olemuses tipptasemel vaateid, millest me isegi ei osanud unistada, kui teleskoop käivitati."
Seda juhtinud NASA reaktiivmootorite laboratooriumi teadur Anna Nierenberg Hubble küsitlus, selgitatud lähemalt:
Tähtedeta tumeda aine kontsentratsiooni jahipidamine on osutunud väljakutsuvaks. Hubble'i uurimisrühm kasutas aga tehnikat, milles nad ei pidanud tumeda aine jälitajatena otsima tähtede gravitatsioonilist mõju. Meeskond oli suunatud kaheksale võimsale ja kaugele kosmilisele „tänavavalgustusele”, mida nimetatakse kvaasariteks (aktiivsete mustade aukude ümbritsevad piirkonnad, mis kiirgavad tohutult valgust). Astronoomid mõõtsid, kuidas hapniku ja neoongaasi kiirgavat valgust, mis tiirleb igast kvasari mustast august, suurendab massiivse esiplaanil asuva galaktika raskusjõud, mis toimib suurendusklaasina.
Uuringus avastatud väikeste struktuuride arv pakub tumeda aine osakeste olemuse kohta rohkem vihjeid, kuna nende omadused mõjutavad klompide moodustumist. Osakeste tüüp, millest Dark Matter koosneb, jääb siiski praegu saladuseks. Õnneks on lähiajal oodata järgmise põlvkonna kosmoseteleskoopide kasutuselevõttu.
Nende hulka kuuluvad James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) ja lainevälja infrapuna-uuringute teleskoop (WFIRST), mis mõlemad on infrapunavaatluskeskused, mis plaanitakse tõusta sellel kümnendil. Tänu oma keerukale optikale, spektromeetritele, suurele vaateväljale ja suure eraldusvõimega on need teleskoobid võimelised jälgima terveid kosmosepiirkondi, mida mõjutavad tohutud galaktikad, galaktikaparved ja nende vastavad halogeenid.
See peaks aitama astronoomidel määrata Dark Matter'i tõelist olemust ja kuidas selle koostisosad välja näevad. Samal ajal plaanivad astronoomid kasutada neid samu instrumente, et saada rohkem teavet Dark Energy - veel ühe suure kosmoloogilise müsteeriumi kohta, mida saab praegu vaid kaudselt uurida. Põnevad ajad ootavad ees!
