Pärast miljonite superarvutite simulatsiooni tundide on Washingtoni ülikooli astronoomi Fabio Governato juhitud töögrupp tõenäoliselt leidnud lahenduse anomaaliale, mis on seniajani kimbutanud üle 20 aasta tagasi avaldatud külma tumeaine teooriat.
1984.aastal kolme USA füüsiku poolt avaldatud teooria suudab äärmiselt edukalt seletada, miks galaktikad ning täheparved ei paikne tänapäevases univerumis mitte ühtlaselt vaid pigem kärgstruktuurina. Selle kohaselt kujunes universumi struktuur järk-järguliselt – väiksed osakesed põrkusid ning ühinesid üksteisega järjest suuremateks gravitatsioonilise vastastikmõju tõttu. Teooria suutis hämmastavalt hästi seletada kus, kui palju ja millal galaktikad kujunesid, ent sellel oli üks puudus – see ei suutnud seletada kääbusgalaktikate olemasolu. Selle asemel ennustas viimane, et suurtes galaktikates peaks olema tundumalt rohkem tähti ning tumeainet.
Suuremõõtmelise kosmilise struktuuri kujunemist kirjeldava simulatsiooni lõpptulemus võttes aluseks külma tumeaine teooria. Allikas: NASA
„Eelnev töö põhines ainult lihtsal kirjeldusel kus ja millal tähed galaktikas kujunevad,“ ütles Fabio Covernato. „Meie aga viisime rahvuslikes superarvutuskeskustes läbi uued, paremate algandmetega arvutisimulatsioonid, mis võtavad arvesse kus ja kuidas tähtede kujunemine galaktikas täpselt aset leiab,“ lisab ta.
Simulatsioon näitas, et massiivsete tähtede plahvatamisel ehk supernoovadeks muutumisel kannab plahvatusel tekkiv lööklaine suure hulga gaasi selle keskmest minema. Sellest ainest kujunevad hiljem kääbusgalaktikad. Ent massi kadumine tingib ka gravitatsioonilise tõmbe järsu nõrgenemise, mille tulemusena triivib ka suur hulk tumeainet galaktikast minema. Samalaadne protsess toimuks, kui Päike ühel hetkel Päikesesüsteemist lihtsalt ära kaoks – tulemusena paiskuksid planeedid tähtedevahelisse ruumi.
Nimetatud plahvatuste lisamisel simulatsiooni oli tulemuseks tunduvalt väiksema tihedusega galaktikate moodustumine, mis on reaalsele maailmaruumile üllatavalt sarnane. „Külma tumeaine teooria töötab hämmastavalt hästi näidates kus, millal ja kuidas galaktikad moodustuvad. Meie töö tulemusena leidsime parema kirjelduse protsessidele, mida me reaalses universumis teame ilmnevat ning seetõttu on ka simulatsioonid täpsemad,“ nentis Covernato.
Töögrupp kasutas oma mudelit esialgu kahe kääbusgalaktika moodustumise simuleerimiseks. Marla Geha, Yale ülikooli astronoom, kes projektis ei osalenud jääb tulemuste suhtes äraootavale seisukohale, oodates, et uus kirjeldusviis peaks paika rohkemate galaktikate kirjeldamisel. Siiski kirjutab ta oma kaasessees ajakirjas Nature, et simulatsioonis kujunenud galaktikad on peaaegu eristamatud päris galaktikatest ning see on selgeks märgiks, et töögrupp on õigel teel.
Tumeaine ning külma tumeaine teooria
- Tumeaine kontseptsioon pakuti esimest korda välja 1934. aastal Fritz Zwicky poolt selleks, et kompenseerida nähtavast universumist „puuduvat massi.“
- Käsitusviis võimaldas seletada galaktikate pöörlemiskiirust, galaktikate galaktikaparvedes liikumise kiirust, galatikaparvede tõttu painduva valguse levimist ning ka näiteks galaktikates leiduva kuumade gaaside temperatuuri jaotust.
- Hoolimata oma tugevast teoreetiliselt tagapõhjast ei ole katseliselt tumeainet kunagi otseselt vaadeldud. Nimelt on tumeaine elektromagnetjõule resistentne ning ei moodusta aatomeid ja ei reageeri tavalise nähtava ainega.
- Külma tumeaine teooria pakkusid esmakordselt välja USA füüsikud Joel R. Primack, George Blumenthal‘i ja Sandra Moore Faber 1984.aastal.
- Vastupidiselt kuuma tumeaine paradigmale liiguvad külma tumeaine osakesed suhteliselt aeglaselt ning seega saavad omavaheliste põrkumise tulemusena moodustada lõpuks universumi kärgstruktuuri, olles vaatamata mõningatele anomaaliatele kooskõlas otseste vaatlustulemustega
Coauthors of the Nature paper are Chris Brook of the Jeremiah Horrocks Institute in the United Kingdom; Lucio Mayer of the Institut für Astronomie and the Institute for Theoretical Physics in Switzerland; Alyson Brooks of the California Institute of Technology; George Rhee of the University of Nevada; James Wadsley and Gregory Stinson of McMaster University in Canada; Patrik Jonsson and Piero Madau of the University of California, Santa Cruz; Beth Willman of Haverford College in Pennsylvania and Thomas R. Quinn of the UW.
Lisaks
Washingtoni ülikooli pressiteade:
http://uwnews.org/article.asp?articleID=54791 .
Külma tumeaine olemusest:
http://www.jrank.org/space/pages/2262/cold-dark-matter-(CDM).html
Tumeaine olemusest:
http://www.jrank.org/space/pages/2302/dark-matter.html
Fabio Covernato CV:
http://www.astro.washington.edu/users/fabio/governatobio.pdf