Lopergused galaktikad võivad heita valgust tumeaine kiirusele | Universum

Tervist, kallis lugeja! Kas olete kunagi mõelnud sellele, mis asub meie silmapiirist kaugel galaktikate vahel? Hiljutised uuringud on näidanud, et Lõuna-Eesti observatooriumis Tallinnas tehtud uued avastused võivad nüüd aidata meil heita valgust tumeaine kiirusele. See avastus võib muuta meie arusaama universumi põhiehitusest ning avada uusi uksi kosmilisele maailmale. Olge valmis sukelduma sügavale kosmilisse saladustesse, et avastada midagi seninägematut!

Tartu Ülikooli Tartu observatooriumi astronoomid nuputasid välja, kuidas oleks võimalik mõõta tumeaine kiirust. Kui meetod end praktikas tõestab, aitaks saada see paremat aimu, milline näeb välja 85 protsenti universumis leiduvast ainest, mis on andnud enda olemasolust seni märku vaid gravitatsiooni vahendusel.

Kuidas tumeaine kiiruse mõõtmine siis käib? Eeldus on leida Universumist galaktika, mis liigub tumeaine suhtes. Kuna kõik on Universumis liikumises ja tumeainet leidub väga palju, pole niisuguseid galaktikaid keeruline leida.

Rasked objektid, nagu on seda ka galaktikad, tõmbavad enda poole igat tüüpi ainet sõltumata sellest, kas see on tumeaine või nähtav aine, millega me igapäevaselt kokku puutume. Kui tumeaine liigub galaktikast mööda, hakkab galaktika ka tumeaine osakesi enda poole tõmbama. Osakeste suunamuutus võtab aga aega. Enne kui nende liikumistrajektoor galaktika poole kaardub, jõuavad need juba galaktikast mööduda.

Seega ei lähe tumeaine osakesed mitte galaktikasse sisse, vaid need liiguvad hoopis galaktika taha, (vaata videot). Galaktika taga suureneb seetõttu ainetihedus ja see viib galaktika aeglustumiseni – nähtust kutsutakse dünaamiliseks hõõrdeks. Dünaamilise hõõrde tugevus sõltub omakorda sellest, kui kiiresti mööduvad tumeaine osakesed galaktikast ehk kui kaua on galaktikal aega tumeaine osakeste trajektoori muuta. Kui osakesed mööduvad aeglaselt, tekib ainetihedus galaktikale lähemal ja see aeglustab galaktikat rohkem.

Roheline punkt kujutab galaktikat ning ülemistel paneelidel on näha tumeaine osakeste liikumist galaktikas mööda (kui galaktika on olemas vastaval paneelil). Alumistel paneelidel on näha kõikide trajektooride kuju, millest järeldub, et galaktikate raskusväli mõjutab aineosakesi tekitades galaktika taha ületiheduse. Ületihedus jällegi aeglustab galaktikat ja moonutab selle kuju.

Oletame korraks, et dünaamilist hõõret põhjustav galaktika pole pisike, vaid suure ulatusega. Sellisel juhul tekitab selle taga olev ületihedus galaktika erinevates punktides erineva tugevusega hõõret, nagu on näha joonisel 1. Hõõrde erinevus muudab galaktika kuju lopergusemaks. Sarnast kujumuutust kogeme Maa peal loodetena – tõusu ja mõõnana, mida põhjustab Kuu gravitatsioon.

Paneelidel on kujutatud tumeda värviga Universumi hõredad ja heledaga tihedad alad. Ülemised paneelid näitavad, missugune on tihedus galaktika ümbruses juhul kui galaktika gravitatsioon painutab (vasak) või ei painuta (parem) tumeaine osakeste trajektoore. Alumine paneel näitab nende erinevust ehk missugune on galaktika panus tumeaine jaotusele. Nooled kujutavad kiirendust, mis on põhjustatud galaktika taha jääva ületiheduse tõttu, millest on mahutatud galaktika tsentrile mõjuv hõõre. Kuna nooled on eri piirkondades eri suuna ja tugevusega, on loodelised jõud suutelised muutma galaktika kuju.

Seejuures pole vahet, kui suureks tumeaine osakesed lõpuks osutuvad – nende orbiit paindub ikka galaktika taha. Meetod ei pruugiks anda täpseid tulemusi juhul, kui osakesed oleksid oma suuruselt võrreldavad galaktikate endiga. Need tumeaine mudelid on aga juba välistatud.

Loperguste galaktikate endi leidmine pole raske, sest need moodustavad kõigist ilmaruumis leiduvatest galaktikatest umbes 30 protsenti. Muidugi sõltub paljugi sellest, kui kaugele galaktika välisosadesse vaadata ja missugust loperguse tasemest edasi lugeda galaktikat loperguseks.

Samuti ei pruugi olla galaktika loperguse kuju taga olla vaid dünaamiline hõõre. Põhjuseid on teisigi. Näiteks võivad olla asümmeetrilised sellised galaktikad, mis moodustusid mitme galaktika kokkupõrkest. Sellisel juhul võiksime märgata kusagil galaktika sees teise galaktika tuuma või suuremat tähelist halo. Galaktika lopergulisust võib põhjustada ka pidev gaasi sissevool. Sellistes olukordades taastub galaktika kuju mõne miljardi aasta vältel.

Seega on tumeaine kiiruste mõõtmiseks vaja sellist lopergust galaktikat, mis on teistest galaktikatest võimalikult isoleeritud. Sellisel juhul on kindlam, et sellega pole juhtunud midagi muud peale tumeaine möödumise.

Praeguse tööga selgitasime välja, kuidas täpselt rehkendada neid jõudusid, mis mõjuvad galaktikatele loodeliselt. Järgmine etapp on leida Universumist piisavalt lopergused galaktikad, et uurida nende abil tumeaine kiirust galaktikate suhtes.

Kosmoloogia on oluline teoreetilise füüsika testpolügoon. Tumeaine kiiruse arvutamine võib olla oluline uute tumeaine mudelite testimiseks ja tumeaine olemuselt saladuseloori kergitamiseks.

Pikemas plaanis võiks tumeaine kiiruse mõõtmine öelda midagi ka tumeaine osakeste massi kohta. Esialgu panustab see pigem tumeaine eri interaktsioonide võimalikkuse uuringutesse. Uuemate meetoditega pole siiski kunagi lõpuni kindel, et mida nendega täpselt teha õnnestub.

Uurimustööst ilmus teadusartikkel ajakirjas Astronomy & Astrophysics.

Kokkuvõttes võib öelda, et lõpervuseliste galaktikate uurimine võib anda meile olulist teavet tumeaine kiiruse kohta universumis. See avab uusi võimalusi mõista tumeaine olemust ja selle mõju galaktikate liikumisele. Eesti teadlased peavad tumeaine uurimist üheks olulisemaks uurimisvaldkonnaks kosmoloogias ning on valmis panustama selle valdkonna edusse. Loodame, et tulevased uuringud ja avastused aitavad meil paremini mõista universumi saladusi ning avavad uusi uksi kosmoseuurimise valdkonnas.