Pimeä aine

Avaruuden valtiaat

Linnunradan kiepsunta

Toistaiseksi ei tiedetä, mistä Linnunradan pimeä aine koostuu. Koska sen täytyy olla täysin näkymätöntä, se ei voi olla tavallista ainetta. Edes tähtienvälinen pöly ei kelpaa - sekin näkyisi pilvinä.

Fyysikot ovat esittäneet useita vaihtoehtoja pimeäksi aineeksi. Suosituimpia ehdokkaita ovat massiiviset neutriinot, ennenkaikkea siksi koska neutriinoja on varmasti olemassa. Jotta neutriinot selittäisivät Linnunradan pimeän aineen arvoituksen, niiden massan on oltava ainakin $30\; MeV/c²$. Toki muitakin vaihtoehtoja on olemassa.

Viime vuosina on tehty runsasti havaintoja ruskeista kääpiöistä Linnunradan ulkolaidoilla. Ruskeat kääpiöit ovat Jupiterin kaltaisia kaasupalloja, jotka ovat liian pieniä syttyäkseen tähdeksi. Niiden määrä ei kuitenkaan ole riittävä selittämään linnunradan tähtien liikettä.

Maailmankaikkeuden rakenne ja taustasäteilyn kuviot

Kosmologit ovat laatineet runsaasti malleja maailmankaikkeuden rakenteen muodostumiselle. Mallit sisätlävät kuitenkin runsaasti vapaita parametrejä ja tuntemattomia alkuehtoja. Sopivin parametrein ne selittävät havaitut rakenteet suhteellisen hyvin.

Kaikken suurimman mittakaavan rakenteista kertoo maailmankaikkeuden taustasäteily. Taustasäteily on peräisin maailmankaikkeuden alusta, ajalta jolloin maailmankaikkeus laajeni niin suureksi, että se tuli läpinäkyväksi.

Pääosin mikroaalloista koostuva taustasäteily havaittiin jo 60-luvulla. Uudempaa tietoa saatiin tällä vuosikymmenellä, kun mikroaaltoja tutkimaan lähetetty COBE-satelliitti antoi ensimmäiset tuloksensa. Tulokset aiheuttivat runsaasti kohua tiedemiespiireissä: ne osoittivat, että taustasäteily ei ole joka suunnassa samanlaista, vaan siinä on isompia ja pienempiä poikkeamia.

COBE-satelliitin tulokset ja uusimmat havainnot galaksien ryhmittymisestä antoivat lujan kiinnekohdan maailmankaikkeutta simuloiville malleille. Useita sinänsä mielenkiintoisia malleja voitiin sulkea pois, koska ne eivät pystyneet selittämään havaintoja. Jotkut toiset mallit taas vaativat varsin erikoisia alkuehtoja toimiakseen. Yhteistä kaikille malleille on, että ne sisältävät havaitun aineen ohella myös pimeää ainetta

Prahaiten havainnot selittää malli, jossa on on kahta erilaista pimeää ainetta. Toisen tulisi koostua hyvin keveistä hiukkasista, ja toisen paljon raskaammista. Keveistä ja raskaista hiukkasista koostuvaa ainetta sanotaan vastaavasti kuumaksi ja kylmäksi pimeäksi aineeksi. Kummankin pimeän aineen koostumus on toistaiseksi arvoitus, mutta neutriinot sopisivat kuumaksi pimeäksi aineeksi erinomaisesti, jos niillä olisi pieni massa (vajaat 10 eV/c²). Kylmä pimeä aine koostuisi luultavasti jostain eksoottisemmista hiukkasista, joita teoreetikot keksivät päivittäin.

Maailmankaikkeuden kohtalo

Ultraviolettivaloa avaruudesta

Useat tutkijat ovat pitkään spekuloineet ajatuksella, että neutriinoista peräisin oleva UV-säteily aiheuttaisi useissa maailmankaikkeuden osissa havaitun kaasupilvien epänormaalin ionisoitumisen. Viimeisimpien tutkimusten mukaan tämä on aivan konsistenttia, vastoin joidenkin tutkijoiden aiemmin esittämiä arveluita.

Hiljattain on esitetty arveluja, että ionisoiva säteily voisi vaikuttaa oleellisesti maailmankaikkeuden kehitykseen. Suoritetut laskut tukevat hajoavan neutriinon mallia. Niiden mukaan ionisoitunut aine käyttäytyisi eri tavalla, ja mahdollisesti voisi selittää maailmankaikkeuden rakenteet. Tällöin yksinkertainen massiivisiin neutriinoihin perustuva malli voisi selittää koko pimeän aineen arvoituksen.

Neutriinoista mahdollisesti tuleva ultraviolettivalo ei aiheuta uhkaa ihmisille eikä luonnolle.

Lisätietoja