USA teadlased on välja töötanud teooria, mille kohaselt lahendaks erinevate tumeainet otsivate eksperimentide vahelised vastuolud see, kui tumeaine koosneks kahte eri tüüpi osakestest.
Kaks aastat tagasi leidis PAMELA satelliidi töörühm ühe kaalukaima tõendi tumeaine, mida arvatakse moodustavat 80·% kogu universumi ainest, olemasolust. PAMELA abil avastati külluslikult kosmilisi anti-elektrone ehk positrone, mida arvatakse tekkivat, kui tumeaine osakesed annihileeruvad. Siiski ei leitud veenvaid jälgi anti-prootonitest, mis peaksid samuti annihileerumise käigus tekkima, kirjutab PhysicsWorld.
See ei ole aga ainuke probleem. Kui PAMELA poolt nö. üleskorjatud signaal oli tõepoolest tõend annihilatsiooniprotsessist, oleks tumeaine sellist tüüpi, mida eales otsest vaatlust kasutavad eksperimendid ei leiaks. Viimastel aastatel on aga nii CoGeNTi kollektiiv, Minnesotas asuv CDMS-II kui ka Itaalia DAMA eksperiment esitanud oma vaatluste tulemusi, mis kõik annavad märku tumeaine olemasolust.
Reaalsuses tabamatuks jääda armastav aine arvutisimulatsioonis, pildi heledus vastab tumeaine konsentratsioonile. Stanfordi ülikooli teadlaste poolt loodud mudel võiks seletada, miks külma tumeaine teooriat järgivas universumis tõmbub tumeaine klompidesse. Foto: Stanfordi ülikool
Daniel Feldman on koos oma USA kolleegidega nüüd aga väljapakkunud teooria, mis võimaldab erinevad signaalid siiski ühte mudelisse ühendada. Selle kohaselt koosneks tumeaine kahte tüüpi osakestest. Esimene oleks tavaline osake, mida oleks võimalik leida otsesel vaatlusel baseeruvate eksperimentidega ning teine nö. “varjatud sektori” osake, mis selgitaks PAMELA signaali. “Ma usun, et me oleme loonud esimese mudeli, mille abil suudame me selgitada kõiki seni tumeaine kohta kogutud andmeid,” ütles Pran Nath, üks Feldmani teooria kaasautoreid.
Tumeaine mõjutab tavalist ainet vaid läbi gravitatsiooni ning elektronõrga jõu, olles sellega ühe WIMPi hüpoteesi ehk nõrgalt üksteist mõjutavate massiivsete osakeste kanditaatideks (weakly interacting massive particles, toim.) Viimastel aastatel on hakanud mõningad teadurid aga WIMPi asemel otsima keerukamaid hüpoteese, et seletada vastuolulisi tõendeid tumeainest.
Kui kaks WIMPi annihileeruvad, peaks tekkima kaks bosonit, mis lagunevad kas elektronideks ja positronideks või prootoniteks ja anti-prootoniteks. PAMELA avastas aga jälgi ainult ainult protsessi esimesest poolest, mis viitab sellele, et kas signaal on vigane või teooria ei ole päris õige.
Üks põhjus teoorias kahtlemises peitub otsese-vaatluse eksperimentide poolt kogutud andmetest. Sügaval maa all paiknevad eksperimendid otsivad tavaliselt tagasipõrkuvaid aatomeid, mis peaksid liikuma hakkama, kui WIMPid nendega põrkuvad. DAMA kollektiiv on juba aastaid väitnud, et neil on sedasorti liikumistest kindlaid tõendeid. Oma tulemused on avaldanud ka CDMS-II ja COGeNT, ent kõikide eksperimentide töörühmad ei ole üksteise tulemustega nõus. Samuti ei klapi signaalid PAMELA poolt 2008. aastal leitud signaaliga ning WIMP hüpoteesi kohaselt ei oleks tohtinud sedasorti maapealsed eksperimendid üldse midagi avastada.
Feldmani teooria selgitab, kuidas PAMELA ja otsese vaatluse eksperimentide tulemused kooskõlla viia. Üks tumeaine koostisosa oleks tavaline WIMP – neutralino, mille eksisteerimist ennustab standardmudeli supersümmeetria lisandus. Neutralino kuulub “Majorana” osakeste klassi, mis tähendab, et ta on iseenda antiosake. Annihileerumisel tekitab ta seejuures väga vähe antiainet ent põhjustaks otsest vaatlust kasutavates eksperimentides nähtud tuumade tagasipõrkeid.
Teine osake oleks aga ebatavaline ning kuuluks WIMPide standardmudelile lisatud varjatud sektorisse, mis käsitleb osakesi ja jõude, mida veel seni vaadeldud ei ole. Ühendriikide grupp arvab, et “Diraci” osake laguneks annihilatsioonil positronideks, ent mitte anti-prootoniteks, mis selgitaksid seega PAMELA signaali.
Joe Silk, Oxfordi ülikooli kosmoloog arvab, et uurimus on üks paljudest, mis on üritanud vastukäivaid tumeaine signaale seletada, ent väljapakutud teooria eeliseks on selle falsifitseeritavuse võimalus. “Ükskõik milline annihilatsiooni tüüpi mudel, mis sobitub PAMELA andmetega, peab tootma varases universumis kõrgete energiatega elektronide ning positronide voolu, mil tumeaine tihedus oli tunduvalt suurem kui tänapäeval,” ütles ta. See aga “ajaks sassi” universumi varasema perioodi, mil elektronid ja prootonid esimest korda neutraalseteks vesiniku aatomiteks kombineerusid. Seega peaks seda kosmiliste mikrolainete reliktkiirguses (CMB) neid kõikumisi näha olema.
Sellised võnked võivad olla liialt väikesed, et neid WMAPi abil märgata. Satelliit on seni CMB kohta kõige rohkem andmeid kogunud. Eelmisel aastal orbiidile saadetud Plancki observatoorium võib aga küsimusse valgust tuua. Seni tuleb aga lähtuda ilmselt teoreetikute arvamusest, et tumeaine on tõepoolest keerulisem kui seni arvatud
Feldmani uurimus avaldatakse ajakirjas Phys. Rev. D.
Tumeaine
* eksisteerimine 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.
* moodustab väidetavalt 23·% kogu universumi massist.
* on elektromagnetjõule resistentne ning ei moodusta aatomeid ja ei reageeri otseselt tavalise nähtava ainega.
* poolt tekitatud eksperimentaalselt avastatud jälgede osas ei ole teadlaskogukond seni üksmeelt saavutanud.
* võib-olla neutriinode supersümmeetriline paariline, kuna viimase aja uurimustööd on näidanud, et neutriinodel on seisumass.
Allikas:
PhysicsWorld: “Does dark matter come in two types?”