Universumi ei koostu vain tähdistä, planeetoista ja galakseista. Mukana on myös outo osapuoli, pimeä aine.
Outoa asiassa on se, että mittauksilla on voitu osoittaa pimeän aineen olemassaolo, mutta vieläkään ei tiedetä, mistä se koostuu, koska kukaan ei ole nähnyt sitä.
Tiedemaailma on etsinyt vastausta jo lähes 100 vuotta – toistaiseksi tuloksetta.
Pimeä aine numeroina
Tähtitieteilijät tutkivat pimeää ainetta. Kaikki Aurinkokunnan pimeä aine painaa luultavasti noin 100 biljoonaa tonnia.
Tutkimus
Vuonna 2012 Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen Cernin hiukkaskiihdytin Large Hadron Collider (LHC) todisti Higgsin bosonin olemassaolon, joka sitä ennen oli ollut vain matemaattinen hypoteesi.
Nyt Cern aikoo kehittää uuden, paljon suuremman, kiihdyttimen todistamaan pimeän aineen olemassaolon.
Uusi kiihdytin, Future Circular Collider (FCC), on pituudeltaan 100 kilometriä, kun nykyisen LHC:n tunneli on vain 27 kilometriä.
Valtavan FCC:n tarkoitus on törmäyttää protoneja yhteen seitsenkertaisella voimalla verrattuna LHC:hen.
100-kilometrisen uuden tunnelin toivotaan tuovan pimeän aineen esiin törmäyttämällä protoneja.
Vallitsevan oletuksen mukaan pimeä aine koostuu superraskaista hiukkasista, jotka vaativat suunnattoman suuren voiman iskeytyäkseen toisiinsa ja luodakseen sellaisia yhteentörmäyksiä, jotka voisivat tarjota tutkijoille välähdyksen salaperäisestä pimeästä aineesta.
Tämänhetkisen suunnitelman mukaan Future Circular Collider on valmis vuonna 2035. Sen hinta on noin 24 miljardia euroa.
Virstanpylväät
Vuonna 1933 julkaistiin ensimmäinen teoria pimeästä aineesta. Sittemmin ilmiöstä on saatu tietoja teleskoopeilla ja hiukkasilmaisimilla.
1933: Galaksijoukosta tuntui puuttuvan jotakin
Astrofyysikko Fritz Zwicky havaitsi, että Coman galaksijoukon massa ei oikeastaan riittänyt pitämään joukkoa kasassa. Pelissä täytyi olla muutakin.
1978: Pimeä aine vaikuttaa kierteisgalakseihin
Kaksi amerikkalaistutkijaa huomasi, etteivät kierteisgalaksit kierrä Keplerin lakien mukaisesti. He vahvistivat idean "pimeästä aineesta”.
2006: Galaksien kolarista ilmeni outo painovoima
Kun Chandra-teleskooppi kuvasi Bullet Cluster -kaksoisgalaksijoukon törmäystä, saatiin todiste siitä, että joukkoja hallitsee pimeän aineen painovoima.
2008: Hubble toi asiaan lisävalaistusta
Hubble-teleskooppi löysi todisteen pimeästä aineesta, kun sen havainnot osoittivat, että pimeä aine taivuttaa Abell 2218 -galaksin valoa.
2012: Taittunut valo paljasti pimeän aineen
Kanadalaistutkijat tarkkailivat pimeän aineen painovoiman vaikutusta galaksien valon taittumiseen ja laativat toistaiseksi laajimman kartan ilmiöstä.
2013: ISS:llä ehkä havaittiin pimeää ainetta
Eräs teoria esittää, että positroneiksi kutsuttuja hiukkasia syntyy pimeän aineen törmäyksissä. Vuonna 2013 ISS rekisteröi 400 000 positronia.
2019: Hiukkaskiihdytin karsii ehdokkaita
Yhdysvaltalainen hiukkaskiihdytin ABRACADABRA poisti hypoteettisen alkeishiukkasen, aksionin, pimeän aineen ehdokkaiden luettelosta.
Tulevaisuus
Laitteet tarkkailevat pimeää ainetta kilometrien syvyydessä
Yksi yleisistä teorioista esittää pimeän aineen koostuvan raskaista hiukkasista, joita kutsutaan nimellä weakly interacting massive particle eli WIMP.
Aiemmin tutkijat ovat yrittäneet todistaa WIMPien olemassaolon, mutta se ei ole onnistunut. Kolme hiukkasilmaisinta ryhtyy nyt selvittämään asiaa.
Ilmaisimet etsivät pimeää ainetta
Kiinalainen maanalaislaboratorio hyödyntää jalokaasua WIMPien etsinnässä
Sichuanissa Kiinassa on maailman syvin maanalaislaboratorio. Siellä PandaX-hankkeessa työskentelevät tutkijat yrittävät eri tavoin selvittää pimeän aineen olemusta. Uusi, PandaX-xT-niminen, ilmaisin alkaa vuonna 2020 etsiä WIMPejä jalokaasu ksenonin avulla, sillä hiukkasten oletetaan vuorovaikuttavan ksenonin atomiydinten kanssa.
Herkkä ilmaisin kultakaivoksessa
Syvällä maan alla vanhassa kultakaivoksessa Etelä-Dakotassa WIMPejä saalistaa LUX-ZEPLIN, maailman herkin hiukkasilmaisin. Ilmaisin jäähdytetään 100 pakkasasteeseen ja täytetään nestemäisellä ksenonilla. Kun kaasu reagoi WIMPien kanssa, ilmaisin tuottaa pienen valonvälähdyksen.
Värähtely kertoo universumin rakennusaineista
Kanadalainen hiukkasilmaisin SuperCDMS mittaa vuodesta 2020 WIMP-hiukkasten värähtelyjä, kun ne törmäävät −273 asteeseen jäähdytettyjen germaniumkiteiden atomiytimiin.