Tiede

Suomalaisfyysikko: Pimeä aine syntyi jo ennen muuta ainetta

Maailmankaikkeuden aineesta valtaosa on pimeää ainetta. Sen olemus on yhä arvoitus. Se on havaittu vain epäsuorasti painovoiman perusteella. Nyt fyysikko Tommi Tenkanen etsii aivan uutta selitystä pimeän aineen olemukselle.

Pimeä aine hallitsee maailmankaikkeutta. Valtaosa aineesta on tätä silmille ja havaintolaitteille näkymätöntä ainetta, jonka koostumusta ei tunneta.

Fyysikko Tommi Tenkanen ehdottaa nyt, että pimeä aine syntyi jo ennen muuta ainetta eli ennen niin sanottua kuumaa alkuräjähdystä. Se selittäisi pimeän aineen outouden. Pimeän aineen jäljet voisi kaiken lisäksi yhä havaita maailmankaikkeudessa.

Yhdysvaltalaisessa Johns Hopkins-yliopistossa tutkijana työskentelevän Tenkasen tutkimus julkaistiin vastikään Physical Review Letters -tiedelehdessä.

Tenkasen muotoilu, että pimeä aine syntyi ennen normaalin aineen synnyttänyttä alkuräjähdystä hämmentää maallikkoa. Tämän ajattelun mukaan ensin oli kaikkeuden erittäin nopea laajeneminen eli niin sanottu inflaatio. Vasta sitten seurasi aineen synnyttänyt kuuma alkuräjähdys.

”Emme tiedä mitä tapahtui ennen inflaatiota ja oliko universumilla alkua ensinkään. Sen sijaan kuuma alkuräjähdys tapahtui inflaation jälkeen, ja sen olemassaolo on erittäin varmaa”, Tenkanen sanoo.

Jos pimeä aine koostuu ennen kuumaa alkuräjähdystä syntyneistä hiukkasista, ne vaikuttavat Tenkasen mukaan ainutlaatuisesti siihen, miten galaksit jakautuvat avaruudessa.

”Mallissani pimeän aineen alkuperäinen jakauma maailmankaikkeudessa ei täysin vastaa tavallisen aineen jakaumaa. Siis sitä, miten tiheässä galaksien ja galaksijoukkojen siemenet olivat varhaisessa maailmankaikkeudessa. Tämä on poikkeuksellista”, Tenkanen sanoo.

Sen sijaan malleissa, joissa pimeä aine syntyi alkuräjähdyksen aikana, jakaumat vastaavat toisiaan Tenkasen mukaan täsmälleen. Mahdolliset erot johtuvat siitä, että pimeä ja tavallinen aine käyttäytyivät inflaation aikana eri tavalla. Se johtui pimeän ja tavallisen aineen erosta.

Tenkanen kommentoi tutkimusta tiedotteessa ja sähköpostitse HS:lle.

Pimeällä aineella on keskeinen rooli galaksien ja galaksiryhmien synnyssä. Pimeä aine tuntee nykyisen teorian mukaan ainakin painovoiman, vaikka muut voimat eivät siihen näytä vaikuttavan.

Pimeän aineen tarina alkoi 1930-luvulla. Sveitsiläis-yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Fritz Zwicky havaitsi, että kaukaisen ryhmän galaksit kiersivät toisiaan nopeammin kuin piti näkyvän massan perusteella. Ehkä näkymätön aine lisäsi galaksien massaa. Vastaaviin tuloksiin päätyivät Vera Rubin ja Kent Ford Jr. 1970-luvulla.

Sittemmin pimeän aineen olemassaolo on varmistettu muilla keinoilla. On mitattu sen vaikutusta muun muassa avaruuden taustasäteilyyn, joka on mikroaalloille venynyttä alkuräjähdyksen jälkihehkua.

Tähän asti tutkijat ovat katsoneet, että pimeä aine on pikemmin alkuräjähdyksen ylijäämää. Sen etsiminen on melkein turhauttavaa, koska tutkijat eivät tarkalleen tiedä, mitä etsiä.

Havaintolaitteisiin ei ole jäänyt merkkejä esimerkiksi wimpistä. Se on englanninkielinen lyhenne sanoista heikosti vuorovaikuttava massiivin hiukkanen (Weakly Interacting Massive Particle). Tämä oletettu pimeän aineen hiukkanen voisi olla kymmeniä kertoja raskaampi kuin atomin ytimen protoni.

Yksi keino wimpin etsimiseksi on maan alle rakennettu säiliö, jossa on nestemäistä ksenonia. Kun pimeän aineen hiukkanen törmää ksenonatomiin, atomin energiatila muuttuu ja syntyy havaittavaa valoa. Se pitää vain erottaa muiden törmäyksien aiheuttamista välähdyksistä. Wimpiä ei ole löydetty.


Tai sitten pimeän aineen hiukkaset ovat nobelisti Frank Wilczekin esittämiä aksioneja, jotka ovat hyvin keveitä. Niitäkin etsitään kokeissa. Niissä osoitetaan laserilla seinää, jossa on magneettikenttä, ja katsotaan näkyykö toisella puolella valoa.

Jos aksioneja on, jotkin fotonit muuttuvat magneettikentässä aksioneiksi, matkaavat seinän läpi ja muuttuvat sitten mikroaaltosäteilyksi eli fotoneiksi eli valoksi. Niitä ei ole löytynyt.

Juuri se, että mitään hiukkasta ei ole suorilla havainnoilla löytynyt, viittaa Tenkasen mukaan pimeän aineen alkuperään.

Kuten muukin kosmologia, myös Tenkasen teoreettinen työ perustuu Albert Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan. Matematiikka osoittaa hänen mukaansa, että pimeä aine saattoi syntyä universumin alkua seuranneen inflaation aikana.

Inflaatio tarkoittaa maailmankaikkeuden laajenemista aivan alkuhetkillä eksponentiaalisen nopeasti. Niin piti tapahtua, koska muutoin universumi ei olisi yhdenmukainen joka suunnassa.

Inflaatiossa syntyi niin sanottuja skalaarihiukkasia. Niistä on havaittu kuulu Higgsin hiukkanen. Sen kuvaillaan antavan massan muille hiukkasille paitsi sähkömagneettista säteilyä välittäville fotoneille, vahvaa ydinvoimaa välittäville gluoneille ja neutriinoille. Tenkasen mallissa pimeä aine on ikään kuin Higgsin hiukkasen sisarus.

Kosmisen inflaation aikana syntynyttä pimeää ainetta on Tenkasen mukaan tutkittu matemaattisesti jo kauan. Aksionit ovat yksi esimerkki tuloksista.

”Uutta on mallin yksinkertaisuus sekä yhteys hiukkasfysiikan ja tähtitieteen välillä. Käytännössä meillä on ennuste galaksien jakaumalle maailmankaikkeudessa”, Tenkanen tiivistää.

Tiedämme pimeästä aineesta ehkä enemmän sitten, kun Euclid-satelliitti aloittaa havainnoinnin ensi vuosikymmenen alussa. Euclid on Euroopan avaruusjärjestön satelliitti, joka kartoittaa maailmankaikkeuden aineen jakaumaa tarkemmin kuin aikaisemmat havaintolaitteet. Tenkanen toivoo sen selvittävän myös, missä vaiheessa pimeä aine syntyi.

”Käytännössä tämä tapahtuu määrittämällä, paljonko maailmankaikkeudessa on ainetta eri mittakaavoilla ja miten se on jakautunut”, hän sanoo.

Kommentit

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Ei vielä nimellä kirjoitettuja kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää



    HS:n kommentointien äänestäminen on muuttunut: nyt vain kirjautuneet käyttäjät voivat antaa kommentille hyvin argumentoitu -äänen.
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Seitsemän päivää ja kymmeniä miljoonia kuolleita – HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten itäblokki aikoi laittaa läntisen Euroopan polvilleen ydinaseilla

      Tilaajille
    2. 2

      HS:n erikoisartikkeli vie matkalle yhteen maailman syrjäisimmistä paikoista, jossa juodaan sulavien jäävuorten vettä ja syödään raakaa hylkeenmaksaa

      Tilaajille
    3. 3

      Tjäreborgin emoyhtiö Thomas Cook horjuu konkurssin partaalla: Rahoitusneuvottelut pankkien kanssa jatkuvat

    4. 4

      Numeron 42 ratkaisseet matemaatikot yllättivät: Löysivät myös numerolle 3 kauan odotetun ratkaisun

    5. 5

      Miksi Suomessa ei osata puhua raiskausten syistä? Monika Fagerholm haluaa rikkoa hiljaisuuden uhrien ympäriltä

      Tilaajille
    6. 6

      Neljä vuotta sitten uusnatsipuolue Kultainen aamun­koitto sai Kreikassa 18 parlamenttipaikkaa, viikko sitten muuttomiehet veivät toimistolta kyltinkin

    7. 7

      ”En olisi voinut kuvitella, että vielä joskus asun noiden jättiläisten kanssa”, paljastaa Saija Saarela ajatelleensa miehensä Ilkka Mattilan 400 kiloa painavasta kaiutinparista

    8. 8

      Häiriköintiä kesällä Vuosaaressa tutkinut ylikomisario: Monissa tapauksissa aikuiset hakivat itse konfliktia nuorten kanssa

    9. 9

      Kalasatamaan rakennetaan Suomen ensimmäinen toimistopilvenpiirtäjä

    10. 10

      Harvinainen näky: Lähes kerrostalon ulko-ovella mönkivä mäyrä tallentui videolle Herttoniemessä

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Seitsemän päivää ja kymmeniä miljoonia kuolleita – HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten itäblokki aikoi laittaa läntisen Euroopan polvilleen ydinaseilla

      Tilaajille
    2. 2

      HS:n erikoisartikkeli vie matkalle yhteen maailman syrjäisimmistä paikoista, jossa juodaan sulavien jäävuorten vettä ja syödään raakaa hylkeenmaksaa

      Tilaajille
    3. 3

      Yhdysvalloissa muhii poliittinen skandaali, johon kytkeytyvät Trump, Ukraina ja sala­peräinen ilmi­antaja – Tästä on kyse

    4. 4

      ”En olisi voinut kuvitella, että vielä joskus asun noiden jättiläisten kanssa”, paljastaa Saija Saarela ajatelleensa miehensä Ilkka Mattilan 400 kiloa painavasta kaiutinparista

    5. 5

      Televisiosarja M/S Romantic sai oman faniristeilyn: Yllättäen laivalle saapuneet ”Jocke” ja ”Gusu” otettiin vastaan huutomyrskyllä

    6. 6

      Häiriköintiä kesällä Vuosaaressa tutkinut ylikomisario: Monissa tapauksissa aikuiset hakivat itse konfliktia nuorten kanssa

    7. 7

      Jos edes holokaustin muisto ei saa ihmisiä järkiinsä, mihin Eurooppa on menossa?

    8. 8

      Palvelukeskuksen dementoitunut asukas ei enää tunnista omaisiaan, mutta tämän 230-kiloisen ja karvaisen vakiovieraan hänkin muistaa tavanneensa

    9. 9

      Huippututkija keräsi mainetta ja hänestä tehtiin jopa Barbie, kunnes joku keksi käydä läpi ansio­luetteloa

    10. 10

      Miksi Suomessa ei osata puhua raiskausten syistä? Monika Fagerholm haluaa rikkoa hiljaisuuden uhrien ympäriltä

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Ihmisen ei kuulu olla väsynyt – Uni­lääkärin mukaan moni uneton tekee illalla saman virheen

      Tilaajille
    2. 2

      Huippututkija keräsi mainetta ja hänestä tehtiin jopa Barbie, kunnes joku keksi käydä läpi ansio­luetteloa

    3. 3

      Suomalaistutkimus: Masennuslääke vaikuttaa ihmisen elämään arvaamattomammin kuin tähän asti on ymmärretty

      Tilaajille
    4. 4

      Suomalaiset saavat liian vähän folaattia, vaikka se saattaa torjua Alzheimerin tautia ja masennusta – Nämä ovat tärkeimmät folaatin lähteet

    5. 5

      ”Pirtua suoneen”, ”verinäyte krapulassa” – lääkäriopiskelijoiden alkoholikeskeinen bilekulttuuri yllätti uuden opiskelijan

    6. 6

      Miljonääri liittyi perus­suomalaisiin Jussi Halla-ahon perässä, ja nyt ”Tampereen Trump” ilmentää puolueen muutosta

    7. 7

      Hyvätuloiset ystävättäreni asuvat kaupungin vuokra-asunnoissa puoli-ilmaiseksi

    8. 8

      Sänkyyn kelpaa kuka vain, mutta puolisoksi mies haluaa terävän naisen – Laaja tiede­artikkeli kertoo, mikä on älyn merkitys parin­muodostuksessa

      Tilaajille
    9. 9

      Neljä vuotta sitten Vantaan Kivistö herätti innostusta: tuhansittain asuntoja ja Redin kokoinen kauppa­keskus – Vaan miten kävi?

      Tilaajille
    10. 10

      Toimittaja Sanna Ukkola ilmoitti irtisanoutuvansa Ylestä, jatkaa kuitenkin juontajana vuoden loppuun asti: ”On tiettyjä asioita, jotka ovat kumuloituneet”

    11. Näytä lisää