ja sündmust mugavasti vaadelda.
Kui kaks galaktikaparve kokku said, põrkusid parved lausa vaatemänguliselt: toimusid vägevad plahvatused, tõusid suured tolmupilved. Lausa ekstravagantne eriefekt. Kui sellest on abi, kujutlege kaht veemahutit äkitselt põrkumas.
Astronoomid täheldasid veel midagi. Põrkekoha lähedal märkasid nad kaht tumeaine tompu; muidugi oli see tumeaine nähtamatu, kuid nad paigaldasid tombud kaudselt, mõõtes nende taga olevate galaktikate valguse hälbimist. Näis, et tombud liiguvad mööda põrkejoont, nagu poleks midagi juhtunud.
Uurijad sedastasid: oli kaks galaktikaparve, kumbki tavaainesest (peamiselt gaas ja tolm, mõned tähed) ja tumeaine. Kui kaks parve põrkusid, sai enamik gaasist ning tolmust tavaainesena kokku. Mis juhtub, kui tumeaine põrkub tumeainega? Mitte midagi vaadeldavat! Tumeaine tombud jätkasid teekonda ja läbisid teineteist, otsekui poleks teist märganudki. Läbi läksid ka tähed, sest nad olid nii harvad.
Tohutud mateeria kobakad, suuremad kui paljud galaktikad, läbisid üksteist. Oluline on see, et põrge haaras galaktikatest gaasi ja tolmu.
Nüüd peaks tumeaine olemasolu olema ilmne. Ka see, et ta on midagi eriskummalist ja erinev tuntud ainest.
Teame tumeainest:
● Tal on mass.
● Ta on nähtamatu.
● Talle meeldib seltsida galaktikatega.
● Tavaainest ta ei hooli.
● Teine tumeainetükk jätab ta ükskõikseks.7
● Tal on tore nimi.
Nüüd vist mõtlete: Oleksin ma tumeainest, siis oleks ma kardetav üliinimene. Ei mõtle? Olgu. Võib-olla tundus see meile ainult nii.
Teame tumeainest, et ta ei peitu kaugel. Tumeaine koguneb tohututeks klompideks, mis hõljuvad ilmaruumis ja kleepuvad galaktikate külge. Tähendab tumeaine ümbritseb teid praegu. Sellal kui lugesite seda lehekülge, läbistab tumeaine tõenäoselt seda raamatut ja teid ennast.
Kui ta on kõikjal meie ümber, miks on ta siis nii salapärane? Miks me teda ei näe ega saa kombata? Kuidas võib miski olemas olla, kuid jääda nähtamatuks?
Tumeainet on raske uurida, sest ta ei astu peaaegu millegagi vastastikmõjusse. Ta on nähtamatu (seepärast ta ongi “tume”). Teame, et tal on mass (sellest siis “aine”). Et seda selgitada, mõtleme esmalt sellele, kuidas mõjustub vastastikku tavaaine.
Neid on neli:
Gravitatsioon
Kui kahel kehal on mass, tõmbuvad nad teineteise poole.
Elektromagnetism
See on kahe osakese vaheline jõud, kui neil on elektrilaeng. Tõmbumine või tõukumine, olenevalt laengute erinevusest või samasusest.
Argielus tunnete seda jõudu, kui surute käega sellele raamatule. Põhjus, miks käsi ei lähe läbi paberi ja paber ei purune, on see, et molekulid raamatus hoiavad ühte elektromagnetiliste seostega ja tõukuvad käe molekulidest.
Elektromagnetism põhjustab ka valgust ja muidugi elektrit ja magnetismi. Edaspidi vestame põhjalikumalt valgusest ning süvaseosest osakeste ja jõudude vahel.
Nõrk tuumajõud
Väga sarnane elektromagnetismiga, kuid on sootuks nõrgem. Näiteks neutriinod rakendavad seda jõudu vastastikmõjuks (nõrgaks!) teiste osakestega. Väga kõrge energia juures saavad need jõud ühetugevuseks ja muutuvad osaks nõndanimetatud elektronõrgast vastastikmõjust.
Tugev tuumajõud
hoiab aatomituumas koos prootoneid ja neutroneid. Selle jõuta lendaksid positiivse laenguga üksteist tõukavad prootonid laiali.
On oluline märkida, et see jõudude loetelu on üksnes kirjeldav. Vahel sarnaneb füüsika botaanikaga. Me ei tea, miks ükski neist jõududest eksisteerib. Pakume vaid pilti vaatlustulemustest. Ei teagi, kas see nimistu on ammendav. Siiani on iga katse osakestefüüsikas nende nelja jõu põhjal seletatav.
Miks siis tumeaine on nii tume? Hüva, tumeainel on mass, seepärast allub ta gravitatsioonile. See on ka kõik, mida teame tema vastastikmõjudest. Arvame, et ta ei osale elektromagnetilises interaktsioonis. Meie teadmiste järgi ei peegelda ta valgust ega kiirga seda. Seepärast ongi ta nähtamatu. Paistab, et ta ei osale ka nõrgas ega tugevas vastastikmõjus.
Sedasi, välistades mistahes uue tundmatu interaktsiooni, tuleb välja, et tumeaine ei või olla meiega ega meie teleskoopide ning anduritega vastastikmõjus mistahes tuntud mehhanismi kaudu. Raske on midagi säärast uurida.
Kindlasti teame üksnes seda, et ta allub gravitatsioonile. Seepärast ongi tema nimetuses sõna aine. Tal on mass, sestap ta graviteerub.
Küllap näitasime veenvalt, et tumeaine on olemas. Miski hoiab kinni tähtesid, väldib nende minema lendamist, hälvitab galaktikate valgust ning eemaldub hiiglaslikest kosmilistest põrgetest otsekui filmikangelane astub autoavariist tasahiljukesi, tagasi vaatamata eemale. Tumeaine on sama külmavereline.
Kuid jääb küsimus: millest koosneb tumeaine? Ei saa ju vastata küsimusele kosmose ehitusest, tuginedes üksnes hõlpsaimale viiele protsendile. Võimatu on ignoreerida kahtkümmet seitset protsenti tumeainet, millest nii vähe teame. Ainult seda, et ta on olemas ja kus umbes. Ei tea, mis osakestest ta koosneb ega sedagi, kas ta üldse seisab koos osakestest. Pidagem silmas, et tuleb olla ettevaatlik, kohaldades ühe tavatu ainese ehitust Universumile tervikuna. 8
Edenemiseks tuleb uurida mõnesuguseid võimalusi ning nende järeldusi ja teha kontrollkatseid. On võimalik, et tumeaine koosneb tantsisklevatest purpursetest elevantidest, mis omakorda on tehtud kummalistest adumatutest osakestest, kuid seda on raske katseliselt kontrollida. Sestap ei ole see teaduse eesliinil.9
Lihtsaim on oletada, et tumeaine koosneb uuest, senini tundmatust osakesest, mis üpris nõrgalt interakteerub tavaainega. Miks vaid ühest osakesest? Nii on kõige lihtsam, sellest alustamegi. Võimalik, et nagu tavaaine, on tumeainegi tehtud mitut sorti osakestest; nende vahel võiks toimida mitut sorti vastastikmõjud, nõnda et on olemas tume keemia, tume bioloogia, tume elu ning tumedad kalkunid (hirmus küll!).
See osakese kandidaat kannab nime WIMP (lühend ingliskeelsest fraasist weakly interacting massive particle). Arvatavasti kasutab too vaid pisinatuke hüpoteetilist jõudu, mõjutamaks tavaainet, samaviisi kui neutriinod. On postuleeritud teisigi hüpoteese. Näiteks MACHO (massive astrophysical compact halo objects).
Kust teame, et tumeaine osakesed interakteeruvad tavaainega teiste jõududega peale gravitatsiooni? Ega teagi. Arvame vaid. Nii oleks neid sootuks kergem detekteerida. Üritame teha keerukaid katseid enne lausa võimatuid.
Füüsikud on teinud katseid, et avastada noid hüpoteetilisi tumeaine osakesi. Üks viis on anuma täitmine kokku surutud väärisgaasiga; anumat ümbritsevad andurid, mis käivituvad, kui ainuski gaasiaatom saab pihta tumeainega. Senini pole need eksperimendid andnud mingit märki tumeainest. Kummatigi jõuavad sellised katsed alles nüüd küllaldase suuruse ning tundlikkuseni.
Veel püütakse tumeainet tekitada osakeste kiirendil, mis kihutab