Painovoima ja avaruus

-Pimeä aine ilmenee monin tavoin.
Pimeää ainetta ei voida havaita suurimmillakaan teleskoopeilla, sillä se ei lähetä valoa. Se havaitaan kuitenkin epäsuorasti, sillä aine, jolla on massa, vaikuttaa painovoimallaan ympäristöönsä.
Tätä gravitaatiovaikutusta käytetäänkin apuna pimeän aineen jakautumiseen kartoittamisessa ja määrän mittaamisessa.
Ensimmäiset havainnot pimeästä aineesta tehtiin 1970-ja 1980-luvuilla, kun tutkittiin kierregalaksien tähtien liikkeitä.
Todettiin, että esimerkiksi Aurinko kiertää Linnunradan keskusta 25000 valovuoden päässä noin 220 kilometrin sekuntinopeudella.
Hämmästyttävää oli se, että myös tähdet, jotka sijaitsivat paljon kauempana Linnunradan keskuksesta kuin Aurinko, liikkuivat jokseenkin samalla nopeudella.
Tähtien kiertoliikkeen sekuntinopeus Linnunradan laitamilla, jossa on hyvin vähän materiaa, on melkein sama kuin lähempänä keskusta. Siellä siis täytyy olla jotain ainetta, joka ei näy, mutta jonka painovoima antaa tähdelle lisää vauhtia.
Laskelmien mukaan kierregalakseissa täytyy olla noin kymmenenkertaa niin paljon ainetta kuin sen näkyvissä tähdissä ja tähtienvälisessä kaasussa on.
Vastaavaan tulokseen päästiin, kun tarkasteltiin suurten galaksijoukkojen valon taittumista. Mittausten mukaan niiden valon taittuminen vaatii suurempaa massaa kuin mitä näkyvät tähdet sisältävät. Myös muilla mittausmenetelmillä on päästy kutakuinkin samaan tulokseen. Toisin sanoen suurin osa maailmankaikkeudesta koostuu aineesta, jota ei voida nähdä.
Osa pimeästä aineesta on luultavasti neutriinoja.
-Esimerkiksi Abruzzossa Italiassa sijaitsevalla neutriinonilmaisimella on yritetty selvittää neutriinon olemusta.
Galaksijoukko taittaa ja voimistaa valoa.
Galaksijoukossa voi olla useita tuhansia galakseja. Galaksien
liikkeistä tehdyt havainnot osoittavat, että joukossa täytyy olla pimeää ainetta, sillä muuten sen massa ei riittäisi pitämään galakseja kasassa.
Pimeän aineen painovoima siis vaikuttaa näkyvään aineeseen. Sen lisäksi galaksijoukon pimeä aine taittaa muista taivaankappaleista tulevaa valoa linssin tavoin. Jos esimerkiksi kaukaisesta galaksista lähtenyt valo ohittaa galaksijoukon, valo taittuu ja voimistuu joukon painovoiman vaikutuksesta. Kun valon taittumista mitataan, voidaan samalla myös “punnita” koko galaksijoukko. Kaikkien havaintojen mukaan galaksijoukkojen massa on suurempi kuin joukon näkyvän aineen massa. Ero johtuu pimeästä aineesta.
Suurin osa kaikkeudesta on näkymätöntä.
Taivaalla näkyvät tähdet muodostavat vain neljä prosenttia maailmankaikkeuden koko massasta. Muu osuus on pimeää ainetta ja kummallisempaa pimeää energiaa. Outo pimeä energia on kuin antipainovoima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Sen olemassaolo voi johtua universumin rakenteesta tai mahdollisen toisen maailmankaikkeuden vaikutuksesta.
Neutriino on kuuma kandidaatti.
Lämpimän pimeän aineen alkeishiukkaseksi on jo olemassa vahva ehdokas neutriino.
Varaukseton neutriino osallistuu moniin ydinreaktioihin, mutta se on vain hyvin heikossa vuorovaikutuksessa atomien kanssa. Ilmaisimilla tehdyissä kokeissa on todettu, että neutriinoilla on massa-vaikkakin se on erittäin pieni. Pienikin massa kuitenkin riittää aiheuttamaan painovoimavaikutusta,
sillä maailmankaikkeudessa neutriinoja on valtava määrä.
Ainoastaan sinä aikana kun olet lukenut yhden lauseen tästä tekstistä, miljoonat Auringosta peräisin olevat neutriinot ovat ehtineet hujahtaa lähes valonnopeudella peukalosi läpi.
Neutriinojen massaa on tutkittu monilla ilmaisimilla eri puolilla maailmaa.
Yksi näistä hankkeista toteutettiin Etelämantereella.
AMANDA II- projektissa neutriinoja havainnoitiin jäähän sijoitettujen valokennojen avulla. Vaijereissa jääkuiluihin satojen metrien syvyyteen asennetut valokennot rekisteröivät neutriinojen ja vesimolekyylien harvinaisia törmäyksiä.
Nyt AMANDA-ilmaisin on uuden IceCube-ilmaisimen keskellä.
Kun neutriino törmäsi Antarktiksen jäässä olevaan vedyn tai hapen ytimeen, ydin hajosi ja syntyi myoni.
Myoni on elektronin kaltainen varautunut hiukkanen, joka voidaan havaita optisilla laitteila sillä se lähettää sähkomagneettista Tserenkovin säteilyä.
AMANDA II-hankkeessa ja muissa ilmaisintutkimuksissa on todettu, että neutriinon massa on miljoonasosasta kymmenesmiljoonasosaan elektronin massasta. Se merkitsee, että neutriinojen massa olisi yhdestä seitsemään prosenttia koko maailmankaikkeuden massasta.
Siten neutriinoilla voitaisiin selittää osa pimeästä aineesta, mutta ei kaikkea.
Kylmäksi pimeäksi aineeksion niin ikään yksi hyvä ehdokas: WIMP eli heikosti vuorovaikuttava massiivinen hiukkanen ( Weakly Interacting Massive Particle).
Kyseessä ovat siis raskaat hiukkaset, jotka vuorovaikuttavat ainoastaan painovoiman ja heikon ydinvoiman kautta.
WIMP-hiukkaset täyttäisivät monta pimeän aineen hiukkasilta vaadittua ominaisuutta, mutta niitä on kuitenkin erittäin vaikea havainnoida.
WIMP-hiukkasia etsitään Yhdysvalloissa Ninnesotassa vanhaan kaivokseen rakennetulla ilmaisimella. Kaivoksessa kylmässä lämpötilassa on ilmaisimia, joiden toivotaan rekisteröivän värähtelyä, jos WIMP-hiukkasia osuu niihin.
Vastaus pimeän aineen olemukseen voi kuitenkin löytyä jostain aivan muualta.
Voi olla , että paras ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi , kylmäksi tai lämpimäksi, onkin vielä löytymätön alkeishiukkanen.Fyysikoiden teoreettisissa malleissa uumoillaan, että olisi olemassa tuntemattomia hiukkasia, kuten erittäin kevyitä varauksettomia aksioneja, supersymmetrisiä hiukkasia tai magneettisia monopoleja.
Tutkijat toivovat saavansa vihdoikin selvyyden näiden hiukkasten olemassaoloon, kun Cernin uusi LHC-kiihdytin (Large Hadron Collider) pian aloittaa toimintansa. Jos tällasia hiukkasia on ja jos niitä ylipäätään voidaan luoda laboratorioissa, niin LHC todennäköisesti havaitsee ne.
-LHC: on onnistuttu käynistämään,tietoja odotellaan,kuten Higgsin bosonin etsiminen, Energiat pitäisi jo riittää ainakin.
-Harr.tutkija.