Füüsikud määrasid tumeaine massile alampiiri

 (11)
Füüsikud määrasid tumeaine massile alampiiri
Foto: Koushiappas ja Geringer-Sameth, Browni Ülikool

Browni ülikooli füüsikud seadsid tumeaine massile alampiiri. Tumeaine koosneb mõistatuslikest osakestest, mida usutakse moodustavat peaaegu veerandi Universumist. Uurijad märgivad ajakirjas Physical Review Letters, et tumeaine mass peab olema suurem kui 40 gigaelektronvolti.

See eristus on oluline, sest see lisab kahtlust hiljutistele maa-aluste eksperimentide tulemustele, mis raporteerisid tumeaine avastamisest, vahendab Fyysika.ee.

Browni Ülikooli professor Savvas Koushiappas märgib koos Alex Geringer-Samethiga peatselt avaldatavas artiklis, et tumeaine mass peab olema suurem kui 40 gigaelektronvolti tumeaines toimuvates kokkupõrgetes, mis sisaldavad raskeid kvarke.

Kasutades NASA Fermi Gamma-kiirguse Kosmoseteleskoobil asuva uudse instrumendi abil kogutud andmeid uudse statistilise lähenemise abil, piiras Browni teadlaste paar tumeaine osakeste massi. Selleks arvutasid nad kiiruse, millega osakesed arvatakse teineteist hävitavat ümber Linnutee tiirlevates galaktikates.

"Leidsime, et kui osakese mass on väiksem kui 40 GeV, ei saa see olla tumeaine osake," väitis Koushiappas.

Vaatluste põhjal tehtud mõõtmised on olulised, sest nad seavad kahtluse alla hiljutised tumeainet uurivate koostööprojektide tulemused, kes on märkinud tabamatu osakese avastamist maa-aluste katsete käigus. Need koostööprojektid – DAMA/LIBRA, CoGeNT ja CRESST – väidavad, et nad on avastanud tumeaine massidega alates 7st kuni 12 GeVni, mis jääb alla Browni Ülikooli füüsikute seatud piiri.

"Kui tumeaine osakese mass oleks väiksem kui 40 GeV, tähendaks see, et tumeaine kogus Universumis oleks nõnda suur, et Universum ei laieneks kiirenevas tempos, nagu oleme vaadelnud," sõnas Koushiappas, viidates 2011. aasta Nobeli preemiale füüsikas, mis anti avastusele, et Universumi laienemine kiireneb.

Eelkirjeldatutest iseseisvalt jõudis projekt Fermi-LAT sarnaste tulemusteni teistsuguse metodoloogia abil.

Füüsikud usuvad, et kõik nähtav – planeedid, tähed, galaktikad ja kõik muu – moodustab vaid neli protsenti Universumist. Vaatlused viitavad sellele, et tumeaine moodustab umbes 23 protsenti Universumist. Ülejäänu koosneb tumeenergiast – jõust, mida usutakse põhjustavat Universumi kiirenevat laienemist.

Probleem seisneb selles, et tumeaine ja tumeenergia ei väljasta elektromagneetilist kiirgust nagu tähed ja planeedid; neid on võimalik "näha" vaid nende gravitatsioonilise mõju tõttu. Selle varjus olev profiil ja selle raske mass on peamised põhjused, miks tumeainet kahtlustatakse koosnevat nõrka vastastikmõju avaldavatest massiivsetest osakestest (ing.k weakly interacting massive particle – WIMP), mistõttu on seda väga keeruline uurida.

Füüsikud teavad aga seda, et kui WIMP ja selle antiosake kokku põrkuvad protsessi käigus, mida nimetatakse annihilatsiooniks ehk hävimiseks, koosnevad välja paisatud jäänused rasketest kvarkidest ja leptonitest. Kui kvark ja selle anti-kvark annihileeruvad, tekitavad nad osakeste voo, mis sisaldab footoneid ehk valgust.

Koushiappas ja Geringer-Sameth pöörasid põhiolemuselt ümber hävimise ahelreaktsiooni. Nad uurisid seitset kääbusgalaktikat, mis vaatlusandmete põhjal arvatakse tumeainet täis olevat, sest nende tähtede liikumist ei saa täielikult selgitada vaid nende massiga. Need kääbusgalaktikad on ka suuresti kaotanud vesiniku ja teised üldlevinud ained, mistõttu nad on kui valged lõuendid paremaks tumeaine ja selle mõjude uurimiseks. "Seal on kõrge signaali-müra suhe. Need on puhtad süsteemid," sõnas Koushiappas.

Uurijate paar analüüsis gammakiirguse andmeid, mida koguti Fermi teleskoobiga viimase kolme aasta jooksul, mõõtmaks footonite arvu kääbusgalaktikates. Leitud footonite arvu abil olid Bowni teadlased võimelised määrama kvarkide tootmise määra, mis omakorda võimaldas neil seada piiranguid tumeaine osakeste massile ja tasemele, milles nad hävivad.

"See on esimene kord, mil me võime välistada üldised WIMPi osakesed, mis võiksid selgitada tumeaine küllust Universumis," sõnas Koushiappas.

Geringer-Sameth arendas välja statistilise raamistiku, analüüsimaks antud andmeid, ja seejärel rakendas seda kääbusgalaktikate vaatlustele.

"Käes on väga põnev aeg tumeaine otsimisele, sest paljud eksperimentaalsed vahendid jõuavad viimaks jälile kauakestvatele teooriatele tumeaine olemusest," väitis Geringer-Sameth. "Me hakkame neid teooriaid nüüd tõsiselt proovile panema."

Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!

Kasutad reklaamiblokeerijat.

Sisu mugavamaks tarbimiseks
telli Delfi Kogupakett või reklaamivaba pakett.

Kogupakett
1€ / kuus*
Sisaldab 11 Eesti tippväljaande tasulist sisu, vähem bännerreklaame, saad jagada kuni 4 kasutajaga.
* Esimene kuu 1 €, edasi 9,99 €
Reklaamivaba pakett
2,99€ / kuus
Saad lugeda tasuta sisu ilma bännerreklaamideta. Ei sisalda tasulise sisu lugemisõigust.
 
Lisan erandi. Vaata AdBlock juhist siit
ja AdBlock Plus juhist siit.
Mõistame, et käid meie juures uudiseid lugemas, mitte reklaame vaatamas. Reklaamidest sõltub meie sissetulek ja see võimaldab meil pakkuda sulle soodsalt head ajakirjandust.