Gravitatsioonilääts paljastab tumeda mateeria

Kahe suure galaktikaparve ägedat kokkupõrget 3 miljardi valgusaasta kaugusel jälgisid NASA Chandra Röntgenkiirguse Observatoorium, Hubble Kosmoseteleskoop, Euroopa Lõuna-Observatooriumi Väga Suur Teleskoop ja Magellan’i optiline teleskoop. Kokkupõrke jõud eraldas tumeda ja nähtava mateeria, võimaldades selget tuvastamist. Kuigi teadlased ei ole suutnud veel kindlaks teha, millise vormi müstiline tume mateeria võtab, on vaatlused kindlaks tõestuseks, et suurem osa Universumi mateeriast on tume (Astrophysical J. and Astrophysical J. Letters to be published).

Oletused tumeda mateeria kohta püstitati esmakordselt selleks, et seletada galaktikate ebanormaalselt suurt pöörlemiskiirust. Kui galaktikad ei oleks sisaldanud varjatud massi, oleks need lõhki rebitud. Tume mateeria on nähtavast normaalsest materjalist fundamentaalselt erinev. See on moodsatele teleskoopidele nähtamatu, ei kiirga valgust ega soojust, ning interakteerub vaid gravitatsiooniliselt.

Kaks põrkuvat galaktikat. Tavalise aine piirkonnad värvitud roosaks, tumeda aine piirkond sinine. (Foto: Chandra röntgenkiirguse observatoorium)

Sellegi poolest ei usu paljud teadlased tumeda mateeria olemasolusse ning on välja pakkunud alternatiivseid teooriaid – näiteks, et galaktikatevahelises skaalas on gravitatsioon tugevam -, seletamaks galaktikate dünaamikat. Uued tulemused aga annavad sellistele teooriatele hoobi. „Ükskõik, kuidas gravitatsiooni muudetakse, peaks see üldiselt näitama, kus enamus massist asub,“ ütleb uurimises osalenud Maxim Markevitch Harvard-Smithsonian’i Astrofüüsikute Keskusest Cambridge’ist Massachusetts’ist. „Kui ainus mateeria parves oleks nähtav mateeria, siis peaks massi kaart umbkaudu järgima tähtedevahelise gaasi kaarti. Meie aga leidsime enamiku massist hoopis mujalt – sealt, kus pidanuks olema kokkupõrkamatu tume aine.“

Vaatluste taga seisab märkimisväärne kuulikujuline kuuma gaasi pilv, mille tekitas kahe parve põrkumine. Nad kohtusid kiirusega 16 miljonit kilomeetrit tunnis, nähtav mateeria mõlemas parves interakteerus teise omaga ning aeglustus. Tume mateeria aga ei interakteerunud üldse ning läks läbi ilma igasuguse takistuseta. Selle tagajärjel „lendas“ tume mateeria ees minema ning eraldas kummagi parve kaheks osaks – tume mateeria eespool ja nähtav mateeria selle järel.

Taolise eralduse tuvastamiseks võrdlesid teadlased omavahel röntgenkujutist nähtavast mateeriast ja parve kogumassi mõõtmisi gravitatsiooniläätse abil (vt http://www.fyysika.ee/uudised/2006-21-06-194041). Siinkohal on tegemist taustal olevatelt galaktikatelt tuleva valguse paindumisega parve gravitatsiooni tõttu – mida suurem on moonutus, seda massiivsem on parv. Meeskond avastas neli erinevat massikogumit – kaks suurt tumeda mateeria kogumit, mis suundusid eemale kokkupõrkekohast ning kaks väiksemat nähtava mateeria kogumit kummalegi järgnemas – ning tõestas sellega, et eksisteerib kahte erinevat sorti mateeriat.

Tulemused on leidnud kosmoloogiakommuuni kujutlusvõime. „See on huvitav avastus – tume mateeria ei ole enam kõigest valguse trikk,“ sõnab Robert Caldwell, kes on kosmoloog Dartmouth’i Kolledzis New Hampshire’is. „See avastus aitab kinnitada, et me oleme õigel teel, lahendamaks tumeda mateeria müsteeriumit.“