Juba mitukümmend aastat on teada, et universumis domineerib tumeaine, mida on viis korda rohkem kui tavalist ainet.
Astronoomilistest vaatlustest on teada paljud tumeaine omadused, kuid selle päritolust ei ole füüsikutel mingit informatsiooni. Universumi tumeaine jälgi elementaarosakestefüüsika ja kosmoloogia eksperimentides on otsitud kümneid aastaid, kahjuks edutult.
Elmo Tempel koostöös Martti Raidali ja Andi Hektoriga KBFIst analüüsisid kosmoseteleskoop Fermi andmeid ning leidsid sealt tõenäoliselt esimesi vihjeid tumeaine päritolu kohta.
Kosmoseteleskoop Fermi on tänapäeval kõige moodsam gammakiirguse teleskoop, mille peamine ülesanne on kaardistada kogu taevas. Teleskoop on taevast kaardistanud juba üle nelja aasta ning selle aja jooksul on kogunenud kriitiline kogus andmeid uurimaks kõrgel energial gammakiirguse spektrit.
Fermi andmeid kasutades avastatigi 2012. aasta kevadel Linnutee tsentrit ümbritsevast piirkonnast üks “veider” signaal: üldiselt siledas kosmilise gammakiirguse spektris on nähtav suhteliselt terav maksimum. Sellist teravat maksimumi, mille energia on umbes 130 gigaelektronvolti, on tavaliste astrofüüsikaliste objektidega väga raske seletada.
Samas kui eeldada, et tumeaine on osakestefüüsika päritolu, siis tumeaine annihilatsioon monokromaatseks gammakiirguseks tekitabki spektris sellise terava tipu.
Uurimuse autorid Elmo Tempel, Martti Raidal ja Andi Hektor, näitasid esimesena, et gammajoone signaal tuleneb üsna täpselt Linnutee galaktika keskmest ega ole seotud ühegi varem teadaoleva astronoomilise objektiga nagu näiteks “Fermi mull”.
Lisaks galaktika keskmele leidsid autorid samasuguse signaali lähedastest galaktikaparvedest.
Kui eeldada, et tegemist on tumeaine annihilatsiooni signaaliga, siis kõige realistlikumad osakestefüüsika mudelid ennustavad kahe lähestikku asuva joone olemasolu. Kui vaadata gamma-joone morfoloogiat lähemalt, siis on tõepoolest näha, et lisaks tugevale 130 gigaelektronvoldisele joonele on olemas natuke nõrgem 110 gigaelektronvoldine joon.
Kuna täpselt samasugune joonte dublett on nähtav nii galaktika keskmes kui galaktikaparvedes, siis kahest sõltumatust kohast leitud täpselt samasugune jaotuse maksimum näitab, et väga suure tõenäosusega signaal pärineb tumeainest.
Kuivõrd statistiliselt ei ole signaali tugevus veel 100 protsenti usaldusväärne, siis leidub ka neid, kes antud signaalis kahtlevad ning arvavad, et tegu on Fermi teleskoobi süstemaatilise veaga. Samas võttes arvesse, et täpselt samasugune signaal on nähtav galaktikaparvedest ja galaktika keskmest ning ei ole nähtav mujal, on seda väga raske süstemaatilise veaga seletada.
Küsimus saab tõenäoliselt lahenduse järgmisel suvel kui Cherenkovi teleskoop HESS II vaatleb galaktika keset eesmärgiga antud maksimume kontrollida. Hoolimata sellest, kas antud signaal osutub tõeseks või mitte, on see juba praegu köitnud paljude teadlaste tähelepanu ning sel teemal on ilmunud juba üle saja teadusartikli.
Tumeaine päritolu küsimus on fundamentaalfüüsikas kõige tähtsam. Fermi mõõtmine võib osutuda esimeseks kindlaks signaaliks tumeaine annihilatsioonidest, mis omakorda võimaldab määrata tumeaine päritolu. Kui avastatud gammajoon osutub esimeseks tumeaine signaaliks osakestefüüsikas, siis ei ole see lihtsalt teadussaavutus – tegu on inimkonna maailmavaadet muutva avastusega.
Kas Einstein avastas tumeda energia?
Einsteini üldrelatiivsusteooria sünnivalud on üldteada.
Füüsik uskus, et universum on staatiline. Üldrelatiivsusteooria järgi universum paisub, kui gravitatsioon on nõrk ning raskusjõu kasvades hakkab kokku tõmbuma, seepärast lisas Einstein oma võrranditesse selle konstandi – teatavat liiki rõhu, mis pidi universumit tasakaalustama.
1920ndatel tõestasid astronoom Edward Hubble´i vaatlused universumi paisumise. Einstein eemaldas kosmoloogilise konstandi võrranditest ja tunnistas oma hilisemates kirjutistes, et suutmatus universumi paisumist ennustada oli tema kui teadlase suurim aps.
New Yorgi ülikooli teadlane Alex Harvey uuris Einsteini kirju ning paljastas huvitava seiga. Einstein suhtles Austria füüsiku Erwin Schrödingeriga ning nad arutlesid kirjades nii relatiivsusteooria väljavõrrandite kui kosmoloogilise konstandi üle.
1918-1921 aastatel peetud kirjavahetusest paljastuvad ideed, mida võib pidada esimeseks mõttevahetuseks tumeda energia üle.
Einsteini väljavõrrandites on aegruumi kirjeldavad parameetrid vasakul ja energia paremal. Universumis tasakaalu tagav kosmoloogiline konstant oli samuti vasemal.
Schrödinger soovitas Einsteinil liigutada konstandi võrrandi paremale poole. Nii oleks sellest saanud energia.
Einstein pidas muudatust mõttetuks, sest see tekitaks “tähtedevahelisse ruumi vaadeldamatu negatiivse tiheduse” ning viiks vaid lõputute hüpoteeside rägastikku.
Harvey kinnitusel said mõlemad teadlased aru, et mängus on midagi senitundmatut ning kaks suurmeest olid hädas samade probleemidega, mis painavad tänapäeva füüsikateoreetikuid.
Tumeenergia mõiste võeti kasutusele pea 80 aastat hiljem.
1998. aastal avaldasid kaks teadlaste rühma supernoovade vaatlused, mille põhjal oli selge, et universumi paisumine kiireneb. 2011. aastal said samad uurijad Nobeli füüsikapreemia.
Tume energia sobib ülihästi universumi üha kiiremaks muutuva paisumise selgitamiseks – see on seni tundmatu energiavorm, mis pressib galaktikaid üksteisest eemale.
Allikas: www.novaator.ee
