Tiede

Tutkijat kehittelevät pyydyksiä pimeälle aineelle, jonka läpi kynnämme avaruudessa

Palkinto löytäjälle olisi Nobelin fysiikanpalkinto. Uusia vempaimia ja verotuloja pimeän aineen olemassaolon varmistamisesta tuskin seuraa.

Fyysikot etsivät kuumeisesti merkkejä mystisestä pimeästä aineesta, jota on oletettavasti kaikkialla maailmankaikkeudessa. Nimensä mukaisesti se on piilossa.

Tutkijat seulovat avaruudesta syöksyviä valohiukkasia ja rakentavat havaintolaitteita maan alle. Jotkut toivovat, että maailman suurin hiukkaskiihdytin Genevessä ratkaisee 80 vuotta vanhan arvoituksen.

Palkinto löytäjälle olisi fysiikan nobel. Uusia vempaimia ja verotuloja pimeän aineen varmistamisesta tuskin seuraa, mutta havainto lisäisi ymmärrystä universumista suuresti.

Ilman pimeää ainetta meitä ei olisi, saksalainen fyysikko Stefan Funk muistutti Yhdysvaltain tiedeviikolla Washingtonissa helmikuussa. Pimeän aineen painovoiman avulla aine kiertyi maailmankaikkeuden alussa tähdiksi, aurinkokunniksi ja tähtijoukoiksi.

Pimeää ainetta on laskettu olevan viisinkertaisesti näkyvään aineeseen verrattuna. Maapallo, aurinkokunta ja koko galaksimme kelluvat pimeän aineen pilvessä.

Sitä on kuitenkin äärimmäisen vaikea havaita. Se ei säteile eikä heijasta valoa. Se tuntee vain painovoiman ja ehkä atomin ytimessä vaikuttavan heikon voiman.

Pimeän aineen pyydystämiseksi on kaavailtu useita keinoja. Funk itse tutkii Linnunradan keskustasta sinkoutuvia valohiukkasia, jotka ehkä syntyvät pimeän aineen hiukkasen tuhoutuessa.

”Paras keino havaita pimeästä aineesta syntyneitä hiukkasia on tutkia galaksin keskustan gammasäteilyä”, Funk tarkensi HS:lle.

Kuin vahvistukseksi Harvard-Smithsonianin astrofyysikot julkaisivat pääsiäisenä tutkimuksen, jonka mukaan Linnunradan keskustasta on löytynyt ”mahdollisia merkkejä” pimeästä aineesta.

Funkin ja kollegoiden työ perustuu olettamukseen, että pimeän aineen hiukkaset ja antihiukkaset ovat tuhonneet toisiaan galaksin keskustassa, jossa pimeää ainetta on paljon.

Yleisesti jo hyväksytty pimeän aineen hiukkanen on ”heikosti vuorovaikuttava raskas hiukkanen”, jonka taipuu englannin kielessä lyhenteeksi wimp.

Jos wimp on itsensä antihiukkanen, kuten on pohdittu, kaksi wimpiä tuhoaa toisensa kohdatessaan.

Kahdesta wimpistä syntyy kaksi hyvin energistä valohiukkasta eli gammasäteilyä.

Jos havaitun säteilyn jakaumassa on mystinen piikki, selitys voi olla pimeä aine.

Funk haravoi galaksin keskustasta saapuvaa gammasäteilyä esimerkiksi Maata kiertävän Fermi-teleskoopin havainnoista.

Myös avaruudesta sinkoutuvat positronit voivat paljastaa pimeän aineen. Näitä elektronien antihiukkasia on havaittu avaruudessa enemmän kuin niitä olisi pitänyt syntyä tunnetuissa hajoamisissa.

Tosin positroneja voi syntyä muissakin kosmisissa tapahtumissa, samoin kuin gammasäteilyä.

”Kymmenessä vuodessa meidän pitää havaita jotakin tai miettiä uudelleen, mitä pimeä aine voisi olla”, Funk sanoo.

Entä jos pimeän aineen hiukkanen tuntee painovoiman lisäksi atomin ytimessä vaikuttavan heikon vuorovaikutuksen? Sittenhän wimpin voisi havaita suoraan.

Australialainen tutkija Elisabetta Barberio esitteli Washingtonissa uutta pimeän aineen havaintolaitetta. Sitä rakennetaan maan alle Stawellin kultakaivokseen Australiassa.

”Suora havaitseminen perustuu olettamukseen, että maapallo on pimeän aineen pilvessä”, Barberio perusteli.

Pimeää ainetta lentää itse asiassa koko ajan maapallon läpi, sillä Aurinkokunta kyntää galaksin pimeässä pilvessä noin 230 kilometrin sekuntivauhtia.

Yksittäinen wimp painelee noin vain maapallon läpi, koska se vaikuttaa muihin hiukkasiin todella heikosti.

”Se siroaa ehkä kerran matkatessaan valovuoden mittaisen lyijyseinämän läpi”, Barberio kuvailee.

Siksi yksittäisen wimpin jahtaaminen olisi mahdotonta. Mutta jos niitä tulee hirvittävän paljon, jokin niistä voi osua havaintolaitteessa atomin ytimeen.

Laitteissa on kymmeniä tai satoja kiloja nestemäistä ksenonia tai argonia tai lähes nollapisteeseen jäähdytettyjä puolimetalleja.

Osuessaan havaitsimessa atomin ytimeen wimp voi synnyttää energiallaan valohiukkasen, jonka välähdyksen ilmaisin havaitsee. Wimp voi myös ionisoida atomin eli potkaista siitä irti elektronin.

Havaintolaitteita häiritsevät muut maapalloa avaruudesta pommittavat hiukkaset ja taustasäteily. Jonkin verran auttaa, että laitteet pannaan vähintään kilometrin syvyyteen maan alle.

Erikoista kyllä, pimeän aineen hiukkasia pitäisi tulla ilmaisimiin enemmän juhannuksena kuin jouluna.

Syynä on se, että Aurinkokunta kulkee galaksin pimeän aineen pilven läpi vinossa. Kesäkuussa maapallo kulkee pimeässä pilvessä ikään kuin vastavirtaan ja joulukuussa myötävirtaan.

Erilaisia pimeän aineen ilmaisimia on maailmalla toistakymmentä, mutta Australiaan tulee eteläisen pallonpuoliskon ensimmäinen. Pohjoiset ja eteläiset havainnot yhdistämällä voidaan saada arvokasta tietoa.

Maailman suurin hiukkaskiihdytin Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa Cernissä voi myös tuottaa pimeän aineen hiukkasen.

Kiihdyttimessä tapahtuvien protonien törmäyksen energia tiedetään. Jos törmäyksessä syntyneiden ja havaittujen hiukkasten energioiden summa on vähäisempi kuin törmäyksen energia, vajauksen voi selittää vaikkapa wimp.

Yksi oletus on, että Higgsin hiukkanen hajoaa pimeäksi aineeksi, fyysikko JoAnne Hewett muistutti Washingtonissa.

Miksi pimeän aineen hiukkasta ei ole sitten jo havaittu, onhan Higgskin havaittu Cernissä?

Koska Higgsin hajoamisen tapoja ei tunneta perusteellisesti, professori Katri Huitu Helsingin yliopistosta vastaa.

”Unelma olisi se, että hiukkanen löytyisi usealla menetelmällä”, Funk haaveili.

Etsintää helpottaisi, jos tutkijat tietäisivät enemmän pimeän aineen ominaisuuksista.

Pimeää ainetta on noin neljännes universumin energiasta. Jos hiukkanen on kevyt, niitä tarvitaan paljon. Jos se on raskas, vähemmän.

”Pimeän aineen hiukkasen pitää olla hidas ja painava, että se alkaa kasautua”, Funk arvioi.

Haamumaiset neutriinotkin ovat tavallaan pimeää ainetta, koska ne vuorovaikuttavat hyvin vähän muun aineen kanssa.

Neutriinoita on joka paikassa, ja niitä sinkoutuu koko ajan lävitsemme. Ne ovat kuitenkin nopealiikkeisiä eivätkä kasaudu kuten pimeän aineen pitäisi.

Tanskalaisen Syddansk Universitetin tutkijat pohtivat äsken Physical Review Lettersissa, voisiko pimeän aineen hiukkanen olla jättiläinen, massaltaan liki kolmannes ihmisen solusta.

Ajatusmallissa jättihiukkanen olisi syntynyt maailmankaikkeuden alkuaikoina ja sitä voisi jäljittää avaruuden taustasäteilystä.

HS Digistä löydät Hesarin juttuarkiston helmet
Saat tilaajana kokeilla HS Digiä maksutta
Tilaajille
Haluatko lukea koko artikkelin?

Painovoima kavalsi näkymättömän massan

 Sveitsiläissyntyinen tähtitieteilijä Fritz Zwicky puhui ensimmäisenä pimeästä aineesta vuonna 1933.

 Hän havaitsi, että galaksit pyörivät galaksijoukoissa liian nopeasti näkyvään massaan nähden.

 Yhdysvaltalainen fyysikko Vera Rubin vahvisti 1960-luvun alussa, että ilman pimeää ainetta galaksit hajoaisivat pyöriessään.

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Tiede
  • Maailmankaikkeus
  • Matti Mielonen
  • Sanoma Pro

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      Koulussa poikien pään sisään yrittävät naisopettajat, joiden oma lapsuus on keskittynyt tyttöjen hoivaleikkeihin ja kasvavan tytön kokemusmaailmaan

    2. 2

      Trump väitti kieltäytyneensä Vuoden henkilön tittelistä, mutta kaikki perustelut eivät menneet ihan putkeen – Presidentti on väärässä, vastasi Time-lehti

    3. 3

      Suomalaisjuoksija voitti kultaa Hitlerin silmien alla, myöhemmin hän valtasi venäläistankin ja kuoli – Suomen kiehtovin satavuotislahja kätkee sisäänsä jo unohtuneen sankaritarinan

    4. 4

      Rakennusalalla olisi huutava pula tekijöistä, mutta moni nuori keskeyttää opinnot – ”Kyseessä on iso kansantaloudellinen asia, koska rakentaminen kannattelee Suomea”

    5. 5

      Unohda ruma jouluvillapaita! Tämän joulun hittituote USA:ssa ovat perhepyjamat, joissa lähdetään myös baariin

    6. 6

      ”Sydän kääntyy rinnassa ympäri, kun jokin kone piippaa” – Tällainen on ihan tavallinen päivä Suomen suurimmassa synnytyssairaalassa, jossa syntyy jo viidennes maan vauvoista

    7. 7

      46-vuotiaan naisen uskotaan lähettäneen kuolettavaksi tarkoitetun pakettipommin Barack Obamalle – FBI pääsi epäillyn jäljille kissankarvojen ja kastikepullon avulla

    8. 8

      ”Nyt se sitten tapahtui”, ajatteli 11-vuotiaana sokeutunut Ronja Oja – nykyään parikymppinen nörtti aikoo mullistaa näkövammaisten elämän

      Tilaajille
    9. 9

      Mitä tapahtui turvapaikanhakijoiden määrille ruuhkavuoden 2015 jälkeen, ja kuinka moni hakijoista sai luvan jäädä Suomeen? Todennäköisesti monen suomalaisen vastaus on väärä

      Tilaajille
    10. 10

      Näin Mehiläinen pääsee hoitamaan oululaisia verovaroilla: Maaseudun pikkukunta lähti terveysyrityksen välikädeksi

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Taikinan syöminen on vaarallista, varoitetaan Yhdysvalloissa – Evira: Sairastuminen teoriassa mahdollista Suomessakin

    2. 2

      James Damore kirjoitti työpaikallaan Googlella manifestin, jonka myötä häntä alettiin vihata ympäri maailmaa – nyt hän kertoo, miksi feminismi on niin kauheaa

    3. 3

      Maailman kovin kiroilumaa on Suomi – Äänestä voimallisin suomalainen kirosana

    4. 4

      Koulussa poikien pään sisään yrittävät naisopettajat, joiden oma lapsuus on keskittynyt tyttöjen hoivaleikkeihin ja kasvavan tytön kokemusmaailmaan

    5. 5

      Nuorisojoukko vandalisoi Lauttasaaren kauppakeskusta, huoltomies pani kuvat Facebookiin – Poliisi: ”Etsintäkuulutukset” eivät lähtökohtaisesti ole rikollisia

    6. 6

      Yleisurheilijan raiskausväite kuohuttaa Ruotsissa – lajilegenda Patrik Sjöberg käy kuumana: ”Sain nimen selville puolessa tunnissa”

    7. 7

      ”Veljeni meni kiusaajan kotiin ja hakkasi tämän perusteellisesti” – Koulukiusatut kertovat HS:lle keinoista, joilla kiusaaminen lopulta päättyi: yllättävän moniin tarinoihin kuului väkivalta

      Tilaajille
    8. 8

      Yli 230 ihmistä kuoli Egyptin moskeijaiskussa, joka oli yksi maan historian kuolettavimmista – Egyptin ilmavoimat pommittaa iskun tekijöitä Pohjois-Siinailla

    9. 9

      Näin Mehiläinen pääsee hoitamaan oululaisia verovaroilla: Maaseudun pikkukunta lähti terveysyrityksen välikädeksi

    10. 10

      ”Sydän kääntyy rinnassa ympäri, kun jokin kone piippaa” – Tällainen on ihan tavallinen päivä Suomen suurimmassa synnytyssairaalassa, jossa syntyy jo viidennes maan vauvoista

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kyykky on ihmisen luonnollinen lepoasento, mutta olemme unohtaneet, miten se tehdään – Näin kyykkääminen parantaa kehosi hyvinvointia

      Tilaajille
    2. 2

      ”Veljeni meni kiusaajan kotiin ja hakkasi tämän perusteellisesti” – Koulukiusatut kertovat HS:lle keinoista, joilla kiusaaminen lopulta päättyi: yllättävän moniin tarinoihin kuului väkivalta

      Tilaajille
    3. 3

      Ruutuaika on vanhentunut käsite, sanovat asian­tuntijat – toimittaja antoi lastensa pelata viikon vapaasti, tässä tulokset

    4. 4

      Suvi Haimi kypsyi muovijätteen määrään kylpyhuoneessaan – syntyi uraauurtava keksintö, joka kiinnostaa jo kansainvälisiä kosmetiikkabrändejä

    5. 5

      Husin toimitusjohtaja HS:n mielipidepalstalla: ”En ole koskaan nähnyt Suomen terveyspolitiikkaa niin sekaisin kuin nyt”

    6. 6

      Espoolaiset Vaahtorannat rohkaistuivat rakentamaan kotiinsa valtavan näköalaikkunan – sitten huippupoliitikko puuttui peliin, ja ikkunan alle saatetaan raivata luontopolku

    7. 7

      Tutkijat löysivät arkistosta sokeriteollisuuden vuosikymmeniksi pimittämät tutkimustulokset, jotka linkittävät sokerin kohonneeseen syöpäriskiin

    8. 8

      Moni nainen muuttuu ikääntyessään tai lihoessaan toisille näkymättömäksi – sen huomaa, kun kävelee rautatie­asemalla väistämättä ketään

    9. 9

      Hygieniasta löytyy huomautettavaa sadoissa ruokapaikoissa pääkaupunkiseudulla – Katso hakukoneella, miten on kotikulmiesi ravintoloiden laita

    10. 10

      Melkein varma työpaikka ja lähes 3 500 euron palkka kenelle tahansa – Mikä estää suomalaisia työttömiä ryntäämästä Norjaan?

    11. Näytä lisää
    Uusimmat
    1. Juuri nyt
    2. Rakennusalalla olisi huutava pula tekijöistä, mutta moni nuori keskeyttää opinnot – ”Kyseessä on iso kansantaloudellinen asia, koska rakentaminen kannattelee Suomea”
    3. Verkkokauppa Amazonin perustajan Jeff Bezosin omaisuuden arvo ylitti 100 miljardia dollaria – edellisen kerran haamurajan rikkoi Bill Gates vuonna 1999
    4. Etelä-Suomen ilmatilassa lentää parhaillaan pieni satelliitti, jonka tavalliset suomalaiset ovat rakentaneet – ”Emme tiedä, mihin se putoaa”
    5. Keskusta yrittää nostattaa taistelutahtoa presidentinvaaleihin, apua haetaan ämpäreistä – presidenttiehdokas Vanhanen moitti Suomen ulkopolitiikkaa liian kapea-alaiseksi ja lähti jakamaan sankoja
    6. Trump väitti kieltäytyneensä Vuoden henkilön tittelistä, mutta kaikki perustelut eivät menneet ihan putkeen – Presidentti on väärässä, vastasi Time-lehti
    7. Uransa seitsemänsiin olympialaisiin valmistautuva Janne Ahonen, 40 mahdollisuudesta tehdä suomalaista urheiluhistoriaa: ”Siinä ei ole mitään ihmeellistä”
    8. Tunti sitten
    9. Suomi on saanut lahjaksi rahaa, patsaita, tulppaanin ja yhden lähetystöhistoriikin – saamistamme lahjoista selviää, mitä muut maat meistä ajattelevat
    10. Unohda ruma jouluvillapaita! Tämän joulun hittituote USA:ssa ovat perhepyjamat, joissa lähdetään myös baariin
    11. 46-vuotiaan naisen uskotaan lähettäneen kuolettavaksi tarkoitetun pakettipommin Barack Obamalle – FBI pääsi epäillyn jäljille kissankarvojen ja kastikepullon avulla
    12. Suomalaisjuoksija voitti kultaa Hitlerin silmien alla, myöhemmin hän valtasi venäläistankin ja kuoli – Suomen kiehtovin satavuotislahja kätkee sisäänsä jo unohtuneen sankaritarinan
    13. Näytä lisää