Kas tumeainel põhinev elu on võimalik?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Valdav osa meie universumi massist on nähtamatu. Ja juba mõnda aega on füüsikud püüdnud mõista, mis on see tabamatu mass. Kui see on valmistatud osakestest, on lootus, et suur hadronite põrgataja suudab toota tumeaine osakesi või näeb kosmoseteleskoop tumeaine kokkupõrgete kõnekat gammakiirguse signaali. Siiani pole midagi. Ja see probleem paneb teoreetilisi füüsikuid mõtisklema uute ideede üle.

2017. aastal uuris tunnustatud teoreetiline füüsik Lisa Randall üht tumeaine kõige uskumatumat võimalust. Hüpoteetiline muidugi. Selle asemel, et käsitleda tumeainet teatud tüüpi osakestena, eeldas ta, et tumeaine võib koosneda tervest osakeste perekonnast, mis moodustavad tumedad tähed, tumedad galaktikad, tumedad planeedid ja võib-olla ka tume elu. Pimeda universumi keemia võib olla sama rikkalik ja mitmekesine kui meie oma "tavaline keemia". Kuid kõik pole nii lihtne.

Tumeaine probleem

Meie universum on hämmastav, ehkki arusaamatu koht.

Viimastel aastakümnetel oleme mõistnud, et 84,5% Universumi ainest pole näha. Arvestades selle üsna ebamugavat hüüdnime "tumeaine", on see aine olekus, milles ta ei suhtle "tavalise" ainega. Nagu tumeenergia, on need asjad "pimedad", sest me ei mõista neid.

Kui praegu on mu töölaual tükk tumeainet, ei saa ma sellest kunagi teada. Tükk tumeainet üldiselt kui selline ei saa minu laual lebada. See kukub läbi laua ning põrand ja maakoor sööstavad meie planeedi tuuma gravitatsioonikaevu. Või kaob see arusaamatul moel kosmosesse. Tumeaine suhtleb kõigega nii nõrgalt, et see tükk kukub lihtsalt läbi tavalise aine, nagu poleks seda olemaski.

Väikeses mastaabis on tumeaine gravitatsiooniline avaldumine tühine, kuid kosmoloogilistel kaugustel on tumeaine olemasolu kindlasti tunda – seda saab kaudselt jälgida selle gravitatsioonilise mõju järgi galaktikaparvedele ja selle mõju kaudu galaktikate pöörlemisele. Me teame, et see on olemas, me lihtsalt ei näe seda.

Ja me ei tea, mis see on, võime vaid oletada

Tavaline aine ehk barüoonne aine interakteerub elektromagnetiliste, gravitatsiooniliste, tugevate ja nõrkade jõudude kaudu. Need jõud kannavad energiat ja annavad struktuuri kogu ainele. Tumedat ainet seevastu vaadeldakse tavaliselt amorfse "aine" pilvena, mis ei saa suhelda elektromagnetiliste jõududega, olgu need nõrgad või tugevad. Seetõttu eeldatakse, et tumeaine on "mittebarüoonne". Mittebarüoonne aine võib oma kohalolekut avaldada ainult gravitatsiooni teel.

Tumeaine otsinguil on juhtiv kandidaat WIMP, nõrgalt interakteeruv massiivne osake. Nagu WIMP-i nimi viitab, ei suhtle see hüpoteetiline osake normaalse ainega – seega pole see barüoonne.

Väljakujunenud kosmoloogilised mudelid ennustavad, et tumeaine – olgu see näiteks WIMP-de või "aksioonide" kujul - annab meie universumile struktuuri ja seda nimetatakse tavaliselt lihtsustatult "liimiks", mis hoiab meie universumit tervikuna.

Galaktikate pöörlemist jälgides märkas astronoom Vera Rubin, et suurem osa galaktikate ainest ei ole vaadeldav. Nähtavad on vaid väike osa – tähed, gaas ja tolm; ülejäänu peidab end tohutus, kuid nähtamatus tumeaine halos. Tundub, nagu oleks meie nähtav tavaaine galaktika lihtsalt kapuuts tohutul tumeainerattal, mis ulatub kaugele kaugemale sellest, mida me näeme.

Hiljuti avaldatud artiklis (2013) tutvustasid Randall ja tema kolleegid tumeaine keerukamat vormi. Nende järgi ei koosne meie galaktika tumeaine halo ainult ühte tüüpi mittebarüoonse aine amorfsest massist.

"Tundub väga kummaline eeldada, et kogu tumeaine koosneb ainult ühte tüüpi osakestest," kirjutab Randall. "Erapooletu teadlane ei tohiks lubada, et tumeaine on nii mitmekesine kui meie tavaline aine."

Rikkalik "varjuuniversum"?

Nii nagu meie nähtavat universumit juhib füüsika standardmudel – hästi tõestatud osakeste (sealhulgas kurikuulus Higgsi bosoni) ja jõudude perekond, võiks ka pimedas galaktilises halos toimida rikkalik ja mitmekesine tumeaine osakeste ja jõudude mudel?

See uurimus järgib loogikat, mille kohaselt eeldatakse, et universumi pimedas sektoris – nimetagem seda „variuniversumiks“– on palju erinevaid tundmatuid füüsikaid, mis eksisteerivad paralleelselt meie omaga ja millel on kõik meie nähtaval universumil pakutavad keerukused.

Astrofüüsikud on varem väitnud, et "tumedad tähed" - tumeainest koosnevad tähed - võivad meie iidses universumis eksisteerida tänapäevani. Kui jah, väidab Randall, võib-olla võivad tekkida "tumedad planeedid". Ja kui on olemas tumeaine osakeste perekond, mida kontrollivad pimedas sektoris kasutatavad jõud, kas see võib viia keerulise keemia tekkeni? Ja elule?

Kui aga meie universumiga paralleelselt eksisteerib "tume" või "vari", võite unustada, et suudame seda tuvastada.

Varjuelu jääb varju

Tundub ahvatlev kasutada seda hüpoteesi kõigi igapäevaste saladuste või isegi paranormaalsete väidete selgitamiseks, mida teadus ei saa vaidlustada ega toetada. Mis siis, kui "kummitus" või seletamatud "tuled taevas" on kõige taga elavate tumedate olendite naljad?

Kuigi see loogika sobiks telesaadete või filmide jaoks, elaksid need tumedad olendid varjulises universumis, mis on tavaainega täiesti kokkusobimatu. Nende osakestel ja jõududel poleks meie universumis mingit mõju. Neid ridu võiksite lugeda pimedas metsas kännu otsas istudes ja te ei saaks sellest kunagi teada.

Aga kuna me eksisteerime koos selle variuniversumiga samas aegruumis – ilma tarbetute mõõtmete või multiversumita – saab edastada ainult ühte signaali.

Gravitatsioonilained avastati alles 2016. aastal ja esimene nende lainetuse avastamine aegruumis oli tingitud mustade aukude kokkupõrkest. Tundub täiesti võimalik, et pimedas sektoris on võimalik tuvastada gravitatsioonilaineid, kuid meie traadi otsas on võimalik tuvastada ainult kõige võimsamaid kosmilisi sündmusi pimedas sektoris.

Kokkuvõttes ei tõesta me peaaegu kindlasti kunagi armsate tumeaine olendite olemasolu, kuid Randall juhib tähelepanu olulisele punktile. Kui käsitleme tumeaine allikat, peame vaatama kaugemale oma eelarvamustest; tume sektor võib olla keeruline tumeaine osakeste ja jõudude perekond, mis on väljaspool seda, mida suudame ette kujutada.