Pimeä aine
Wikipedia
Lambda-CDM-malli
pimeä energia · pimeä aine
Pimeä aine on teoreettista maailmankaikkeudessa esiintyvää ainetta, joka ei emittoi tai heijasta riittävästi sähkömagneettista säteilyä, jotta sen voisi havaita suoraan, mutta jonka vaikutuksen tavalliseen aineeseen voi havaita painovoiman kautta. Nykyisten havaintojen mukaan pimeä aine muodostaa suurimman osan havaittavan maailmankaikkeuden aineesta. Ensimmäisenä pimeän aineen hypoteesia ehdotti Fritz Zwicky, Kalifornian teknillisestä yliopistosta (Caltech) vuonna 1933.[1]
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Havaintoja
Alun perin pimeän aineen hypoteesi kehitettiin selittämään anomaalisia astronomisia havaintoja. Zwicky sovelsi viriaaliteoreemaa muutamiin galaksijoukkoihin ja havaitsi joukkojen massojen olevan hyvin paljon suurempia kuin niiden kirkkauden perusteella massa-luminositeettisuhteesta voidaan laskea.[2]
Tunnetuin esimerkki tarpeesta pimeälle aineelle liittyy galaksien rotaatiokäyrän muotoon. Tämä käyrä esittää tähtien liikkumisnopeuden galaksin ympäri niiden galaksin keskeltä mitatun etäisyyden funktiona. Jos galaksin massajakauma vastaa siinä näkyvien tähtien ja kaasun jakaumaa ja jos tämän massan aiheuttama painovoima on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön, rotaatiokäyrän tulisi laskea etäisyyden kasvaessa. Näin ei kuitenkaan käy. 1960-luvun lopulla Vera Rubin osoitti, että galaksien rotaatiokäyrät eivät laske, vaan rotaationopeus galaksin ympäri on likimain vakio etäisyydestä riippumatta. Koska tähtitiheys laskee jyrkästi galaksin ulko-osia kohti, rotaatiokäyrää "nostaa" jokin näkymätön massa.
Pimeä aine näkyy myös galaksijoukkojen muodostamissa gravitaatiolinsseissä. Tutkimalla galaksijoukon painovoimakentän vääristämiä kuvia joukon takana sijaitsevista galakseista, saadaan määritettyä linssinä toimivan galaksijoukon massajakauma ja kokonaismassa. Vertaamalla tulosta galaksin tähtien ja kaasun emittoimasta valosta laskettavissa olevaan massaan ja erityisesti näkyvän aineen jakaumaan, osoittautuu, että galaksijoukkojen massasta suurin osa on pimeää ainetta. Gravitaatiolinssi-ilmiön erityinen vahvuus on, että sillä saadaan riippumaton käsitys pimeän aineen jakaumasta. Tällä menetelmällä onkin voitu osoittaa, ettei pimeän aineen jakauma seuraa suoraan näkyvän aineen jakaumaa.
Pimeän aineen tutkimuksen kannalta mielenkiintoisia ovat myös alhaisen pintakirkkauden galaksit. Näiden massa vastaa tavanomaisen kääpiögalaksin massaa, mutta niissä on vain hyvin pieni määrä tähtiä. Näissä galakseissa, joita tunnetaan useita tuhansia, jopa 95% kokonaismassasta muodostuu muusta kuin valaisevasta materiaalista. Mielenkiintoinen kohde on myös Virgo HI21. Siitä radioaallonpituuksilla tehdyissä havainnoissa nähdään kokonaan neutraalista vedystä muodostuva galaksi, mutta optisesti alueelta ei havaita lainkaan tähtiä.[3]
Pimeän aineen tarve seuraa kiinteästi myös alkuräjähdykseen liittyvistä teorioista.
Pimeää ainetta on suurin osa maailmankaikkeuden aineesta. Vain 4 % painovoiman perusteella lasketusta maailmankaikkeuden massasta on näkyvää ja 23 % arvellaan koostuvan pimeästä aineesta. Loput 73 % koostuisi ”pimeästä energiasta”, joka on täysin tuntematonta. Vaikka pimeä aine koostuisi eksoottisista, vielä tuntemattomistakin hiukkasista, se vaikuttaa näkyvien taivaankappaleiden kanssa painovoiman välityksellä.
[muokkaa] Ehdokkaita pimeäksi aineeksi
- Neutriinot
- Fotiinot
- MACHOt
- WIMPit ja erityisesti neutraliinot
- Vetypilvet, jotka eivät säteile
- mustat aukot
- Muista ulottuvuuksista läpi pääsevä painovoimavaikutus (kts. braani-teoria Stephen Hawkingin kirjassa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa)
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Lähteet
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Davies, Paul: Kultakutrin arvoitus: Miksi maailmankaikkeus on juuri sopiva elämälle?. (The goldilocks enigma: Why is the universe just right for life?, 2006). Ursan julkaisuja 106. Suom. Hannu Karttunen. Helsinki: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2007. ISBN 978-952-5329-64-3.
- Enqvist, Kari: Kosmoksen hahmo. Helsinki: WSOY, 2003. ISBN 951-0-27916-1.
[muokkaa] Aiheesta muualla
