Füüsikud on pikka aega püüdnud vabastada tumeda aine ja saada reaalse pilgu salapärasele ainele, mis moodustab veerandi universumist. Üks idee, mis peitub nähtamatuse katte all? Paljud pisikesed, hägusad osakesed, mis käituvad nagu üks hiiglaslik osake.
Viimane selliste uduste, ülikergete osakeste jaht, mis avaldati 28. veebruaril ajakirjas Cosmology and Astroparticle Physics, on tulnud tühjade kätega.
Tulemused viitavad sellele, et kui nendest väikestest osakestest on tegelikult valmistatud tumeaine, siis on see sama raskesti käsitatav, nagu nimigi ütleb, ja on vaevalt tavamõjuga ühenduses.
Pimeduse süda
Tume aine on üks universumi kõige paremini hoitud saladusi. Need asjad ei interakteeru valgusega, kuid tõmbavad muudele ainetele siiski gravitatsiooni. Ehkki see moodustab umbes veerandi universumi massist ja energiast, ei paista teadlased seda leidvat ega suuda isegi välja mõelda, millest see koosneb.
Paljud teadlased spekuleerivad, et tumeaine võib koosneda nõrgalt interakteeruvatest massiivsetest osakestest (WIMP). Kuid WIMP-teooriad on lühikesed mitmeti. Näiteks peaksid need osakesed põhjustama galaktikate võrgus väikeseid struktuure, mida astronoomid pole veel näinud. Seetõttu otsivad mõned teadlased tumeda aine - ülikergete osakeste - suunas teises suunas.
Ehkki ideid selle kohta, mis tumeaine võib olla, on palju, pole ühelgi neist palju toetavaid tõendeid, ütles Sergei Troitsky, paberi kaasautor ja Venemaa Teaduste Akadeemia tuumauuringute instituudi teadur. "Seega tuleb kõiki võimalusi ükshaaval kaaluda, uurida ja välistada."
Mõned ülikerguse teooriad, mida nimetatakse ka häguseks, tumeaineks, pakuvad osakese, mis on umbes 10 ^ 28 korda kergem kui elektron. Seda "hägust" tumeainet nimetatakse nii sellepärast, et selle väike mass tähendab, et see toimib rohkem nagu hägune osake. Uued uuringud testisid viisi seda tüüpi osakeste otsimiseks aktiivsete galaktikate valguses.
Kuna tume aine moodustab nii suure osa universumist, kui see koosneb ülikergetest osakestest, peab neid olema palju. Tegelikult on neid nii palju, et nad eksisteeriksid ainulaadses olekus, nagu näiteks põld või Bose-Einsteini kondensaat - seisundis, kus osakesed, eriti jahedatel temperatuuridel, kogunevad kokku ja toimivad sidusalt. Kuigi üksikud tumeda aine osakesed ei interakteeru valgusega - see on põhjus, miks teadlased on nende leidmise nimel vaeva näinud -, avaldaks see suurtel skaaladel väljal märgatavat mõju valguse polarisatsioonile või orientatsioonile, kuna see kõigub läbi ruumi. See juhtub siis, kui välja tihedus kõigub regulaarselt, muutes valguse liikumisviisi piirkonnas.
Teooria väitis, et seda efekti võib näha vähemalt 325 valgusaasta pikkuses tumeda aine piirkonnas. Välja võnkekiirus sõltub otseselt ülikergete tumeda aine osakeste massist, nii et selle efekti nägemisega lootsid teadlased, et suudavad mõõta tumeda aine massi.
Ultravalguse tumeda aine väljadest tingitud valguse polarisatsiooni muutuste otsimiseks vaatasid teadlased arhiiviandmeid raadioskoobist Very Long Baseline Array, mis koosneb 10 (82 jalga) (25 meetri) teleskoobist, mis töötab Socorro, New Mehhikos. Nad keskendusid valgusele 30 galaktika südamest, mis eraldas joades tohutul hulgal ainet, mis võib ulatuda sadade valgusaastateni. Nende galaktikate valgus on väga polariseeritud ja seda on hästi uuritud, nii et pikaajalised arhiiviandmed nende kohta olid juba olemas.
"Elementaarsete osakeste omaduste piiramiseks kasutame sageli avaldatud paberite või avalikult kättesaadavate andmebaaside astrofüüsikalisi andmeid," rääkis Troitsky Live Science'ile. "Kuid seekord võtsime ühendust oma raadioastronoomidega ja nad kaevasid oma andmed, valides hoolikalt vaatlusseeriaid just meie ülesande jaoks."
Kahe aastakümne andmeid analüüsides leidsid teadlased palju võnkeid, kuid mitte neid tüüpe, mida nad otsisid. Aktiivsed galaktilised tuumad pulseerivad sageli ilma regulaarse sageduseta. Kuid ülikergest tumedast ainest võnkumised toimuksid kõik sama pikkusega võnkumiste vahel.
Lõppkokkuvõttes ei näinud teadlased mingeid ülikerge tumeaine märke, vähemalt massitüüpide puhul, mis selgitaks galaktikate veebist leitud väikeste struktuuride puudumist. Kuid see ei tähenda, et neid absoluutselt pole olemas.
"Ei ole mingit garantiid, et tumeda aineosakesel on mis tahes Troitsky ütles, et peale gravitatsiooni on interaktsioon nähtava maailmaga väga keeruline. Sellist osakesi oleks väga raske avastada, kuna sellel oleks mingi mass ja muu interaktsioon, ehkki see on tõepoolest üks lihtsamaid võimalusi tumeda aine selgitamiseks. "
Ehkki uus uurimistöö võib muuta tavalise ülikerge tumeaine ebatõenäoliseks, pole teadlased valmis seda välistama.
"Ainus, mida tumeda aine kohta kindlalt teame, on see, et see asub väljaspool teadaolevat osakeste füüsikat," ütles Iisraeli Tel Avivi ülikooli astronoom Rennan Barkana, kes polnud uuringuga seotud. "Niisiis, kuni meil pole veenvaid vaatluslikke tõendeid tumeda aine olemuse kohta, peaksime olema ettevaatlikud arvamistes ja spekulatsioonides ... ning hoidma avatud meelt."
