Millest universum koosneb? Ärge muretsege, kui teil pole aimugi, ei oma ka astronoomid. James Jee Johns Hopkinsi ülikoolist kasutas Hubble'i kosmoseteleskoopi, et luua üksikasjalik kaart tumeda aine kontsentratsioonist kahe galaktika ümber. Ja astronoomid said lihtsalt mõned uued vihjed.
Kuulake intervjuud: Dark Matter Maps (5 MB)
Või tellige Podcast: Telli
Fraser Cain: Oleme tumeda aine terminit kuulnud üsna vähe. Kas saate anda meile praeguse arusaama sellest, mis on tume aine?
Dr James Jee: Enne kui räägin tumedast ainest, pean mainima, mida astronoomid usuvad nüüd, kuidas universum sai täna selliseks, nagu ta on. Me usume, et 30% Universumist on mateeria ja teine 70% on tume energia ning tume mateeria moodustab üle 90% Universumi ainest. Keegi pole laborites tumedat ainet tuvastanud, seega ei tea nad selle kuju, värvi ega lõhna, kuid on tõendeid, et see on olemas. Me saame selle tuvastada nn gravitatsiooniläätse abil.
Fraser: Nii et viisite hiljuti Hubble'i kosmoseteleskoobi abil läbi uuringu, et kaardistada tumeda aine kontsentratsioon. Mis oli selle tegemise protsess?
Dr Jee: Tume aine hõlmab, nagu ma ütlesin, 90% universumis olevast ainest ja parim koht tumeda aine otsimiseks on seal, kus see on kõige rohkem. Niisiis osutasime Hubble'i kosmoseteleskoobi kahele kõige huvitavamale galaktikaparvele, mis moodustasid, kui Universum oli praegusest vanusest poole väiksem.
Fraser: Ja mida sa nägid?
Dr Jee: Uurisime taustgalaktikate spektraaljaotust. Uurides nende taustagalaktikate moonutusi, saime kindlaks teha esiplaanil oleva tumeda aine tiheduse.
Fraser: Las ma vaatan, kas ma saan sellest õigesti aru. Vaatasite kaugeid galaktikaid ja nähes, kuidas valgus meie poole jõudmisel muutus, suutsite tuvastada, kus on varjatud aine tükid, mis seda gravitatsiooniliselt mõjutavad.
Dr Jee: Täpselt. Võib-olla on see hea analoogia. Oletame, et loete uudiseartiklit luubi abil, saate tuletada läätsede võimsust või paksust, uurides, kui palju tähed luubi kaudu suuremad välja näevad. Sarnaselt, kui vaadata taustgalaktikate moonutusi või suurendust, saate kindlaks teha esiplaanil tabamatu tumeaine tiheduse.
Fraser: Milline on siis suhe tumeaine ja galaktikate vahel, mida me näeme?
Dr Jee: See on universumis domineeriv aine ja sellel on raskusaste. Ilma tumeaineta on väga raske moodustada galaktikaid suuremahuliste struktuuridega, mida näeme tänapäeva universumis. Nii et kindlasti aitab tumeaine moodustada galaktikaid suuremahulises struktuuris.
Fraser: Kas on siis võimalik, et kus kunagi tumeaine kokku koguneb, näeme seal galaktikaid?
Dr Jee: Jah, see on põhimõtteliselt see, mille oleme oma uurimustes leidnud. Inimesed on spekuleerinud, et tumeaine on kokkupõrkevabad osakesed ning tumeaine ja normaalne aine peaksid eksisteerima koos. Kuid keegi pole seda suutnud väga selgelt kindlaks teha, kuna tumeaine ei eralda mingeid elektromagnetilisi laineid. Hubble'i abil avastasime, et heledad galaktikad moodustuvad nende tumeaine halode kõige tihedamates piirkondades.
Fraser: Kui me teame, et selline klompimine toimub - need kaks näivad käivat käsikäes - kas see lubab teil välja visata olemasolevad teooriad selle tumeda aine kohta?
Dr Jee: Jah, see annab meile palju vihjeid. Enamik inimesi usub, et tumeaine on kokkupõrkevaba, kuid mõned arvavad, et neil võivad olla mõned kokkupõrkeomadused, näiteks gaasiline vesinik. See, kuidas tume aine omavahel kokku klammerdub, annab meile vihjeid, mis on tume aine. Oletame, et tumeainel on kokkupõrkeomadused, nagu vesinikuaatomil, siis põrkuvad nad omavahel väga sageli ja näeme, et tumeda aine halo jaotumine on väga sujuv. Kuid me leidsime, et need struktuurid on väga kohmakad, nagu galaktika enda mass. See näitab, et tumeda aine osakesed, kui neid on, on kokkupõrkevabad osakesed, nagu ütleb enamik tänapäeva astronoomia teooriaid.
Fraser: Oh, ma näen, nii et tegelikud osakesed, mis seda tumedat ainet põhjustada võivad, on kas nii väikesed või nii nõrgalt interaktsioonis, et nad ei liitu isegi omavahel. Ja kui nad teeksid kokku, siis näeksite tegelikult jaotamise ühtlasemat pihustust. Mis oleks teie saadud avastuste põhjal teie uurimise järgmine etapp?
Dr Jee: programm Advanced Camera for Surveys hõlmab enam kui 15 galaktikoklastrit, mis on väga väga huvitavad. Need on vaid kaks esimest tulemust. Me usume, et kui viime uuringu jaoks lõpule oma 15 galaktikoklastrit, on meil selgem pilt tumeaine ja normaalse mateeria koostoimimisest, võimalik, et raskusjõu mõjul. Ja meil võib olla selgem ettekujutus sellest, kuidas tumeaine aitab kaasa Universumi suuremahulise struktuuri kujunemisele.
Fraser: Ja kas teie seni tehtud uurimuste põhjal on teil lemmiklooma teooria, milline võiks olla tumeaine?
Dr Jee: Noh, kui külastate Astro-phi veebisaiti, siis see on see veebisait, kus inimesed laadivad üles oma erinevad uurimistööd ja päevas on neid nagu 10 või 15. Ja selle kohta on palju spekulatsioone, mis on väga atraktiivsed ja usutavad. Kuid ma arvan, et tumeda aine olemusele võib vastata 10 või 15 aasta pärast, kuid otsime endiselt. Meie uurimistöö annab enneolematu lahutuse tumedast ainest, mis suudab vahet teha põrke- ja kokkupõrgeteta osakeste vahel.
Fraser: Ja kas on veel muid instrumente peale Hubble, mis seda tööd suudaksid teha?
Dr Jee: Gravitatsioonilise läätse saame teha maapealsete teleskoopide abil. Tegelikult leidsid inimesed 1990. aastal esmakordselt tumeda aine gravitatsioonilise läätse abil. Kuid kui teete gravitatsiooniläätse maapealse teleskoobi abil, on eraldusvõime nii kehv. Teisisõnu, atmosfääri turbulents määrib gravitatsioonilise läätse, nii et me ei näe tumedast ainest väga kvaliteetset pilti. Kuid kui me kasutame teleskoopi kosmoses, ei hägusta see taustpildi kuju, nii et hoiate kokku gravitatsiooniläätse signaali. Me võime tulla välja väga eraldusvõimega pildi tumeaine jaotusest.
Fraser: Ja suurem instrument annaks teile parema pildi.
Dr Jee: Kindlasti. Järgmine teleskoop on JWST (James Webbi kosmoseteleskoop), mis suurendab efektiivselt tumeda aine olulisuse eraldusvõimet 10-kordselt või enam.
Fraser. Kas arvate, et näeksite 10x eraldusvõimega midagi märkimisväärselt erinevat?
Dr Jee: tumeaine jaotuse globaalne kuju ei muutu väga palju, kuid sel juhul võime ehk võrrelda tumeaine struktuuri galaktikate suhtes. Sel juhul võime ehk vastata, kas tumeaine osakestel on mingid põrkeomadused. Alguses ütlesin, et minu leitud on kooskõlas kokkupõrkevaba hüpoteesiga. Kuid on olnud ettepanekuid, et tumeda aine osakestel võivad olla väga väikesed kokkupõrkeomadused. Nii saaksime kindlaks teha nihke tumeda ja galaktika aine vahel. See annab teile palju võimalikke piiranguid normaalse ja tumeda aine osakeste kokkupõrke ristlõigetel.
Sellest uuringust teatati ajakirjas Kosmos 13. detsembril 2005.
