Teleskoobiga ei näe: Tumeainet on nüüd leitud ka Linnutee südames

Rahvusvaheline astronoomide meeskond on leidnud uusi tõendeid selle kohta, et Linnutee keskmes on märkimisväärses koguses tumeainet. See tulemus kinnitab teadlaste seniseid hinnanguid, edasises töös loodetakse tumeaine jaotus meie galaktikas veel täpsemalt kindlaks teha.

Kirjutas fyysika.ee

Esimesed vihjed tumeaine olemasolule said teadlased galaktikate pöörlemise uurimisest. Selgus nimelt, et galaktikad pöörlevad palju kiiremini, kui võiks ennustada eeldades, et neid hoiavad koos vaid nähtava aine (gaasid, tolm ja tähed) gravitatsioonijõud. Kui me eeldame, et galaktikate liikumise määravad needsamad Newtoni seadused, mille abil me uurime ja kirjeldame kõikvõimalikke liikuvaid süsteeme koduses Päikesesüsteemis, siis on tumeaine olemasolu galaktika servadel lihtne hinnata – tumeaine gravitatsioonijõud on otsustav faktor, mis galaktikaid koos hoiab.

Täpselt nagu nööri otsas mingit raskust keerutades – kui keerutatav raskus mõjub nöörile jõuga, mis selle katki tõmbama peaks, aga nöör püsib terve, siis on kusagil meie rehkendustes viga ja nöör on tugevam kui me oleme arvanud, teisiti lihtsalt ei saa olla. Galaktikate pöörlemisel on nööri rollis gravitatsioonijõud, gravitatsioonijõud saab suureneda vaid süsteemi massi suurenedes. Kui sellist massi ei ole näha, siis on galaktikas vastav kogus tumeainet.

Aga kuidas teha kindlaks tumeaine olemasolu galaktikate keskmes, kus kesktõmbekiirendus ei mängi nii suurt rolli? Selgub, et galaktikate keskmes on nähtava aine jaotus ja dünaamika väga keerulised ning väga raske on kindlaks teha, kus täpselt tumeaine olema peaks.

Värskelt avaldatud uurimuses on Fabio Iocco koos oma kolleegidega kombineerinud andmeid erinevatest vaatlustest ning võrrelnud neid galaktika tuuma pöörlemist ennustavate teoreetiliste tööde tulemustega.

Keerulised mõõtmised

Meeskond uuris 2780 tähtedevahelise gaasi, tähtede ja astrofüüsikaliste maserite mõõtmise tulemusi Linnutees. Need mõõtmised annavad informatsiooni meie galaktika pöörlemise kohta 3-20 kiloparseki kaugusel galaktika keskmest (paremaks orienteerumiseks ütleme, et päike on ligikaudu 8 kiloparseki kaugusel galaktika keskmest ja enamus Linnutee ainest asub 18kiloparseki raadiuses). Uurimisrühm kombineeris neid andmeid selleks, et leida galaktika nähtava aine nurkkiirused erinevatel kaugustel galaktika tsentrist. Pärast seda võrdlesid nad saadud tulemusi hüpoteesiga, et et meie galaktika ei sisalda üldse tumeainet. Ja see on keeruline, kuna me ise asume uuritava galaktika sees, liigume sellega kaasa ja nii on meil keeruline määrata teiste objektide kauguseid ja liikumist. Seda enam, et teadlased ei ole senini päriselt ühte meelt, kuidas täpselt on tähed Linnutees jaotunud.

Enamus galaktikat uurivaid teadlasi valib endale aine morfoloogilise jaotuse mudelite hulgast “lemmiku”, ütleb Iocco. Selles uurimuses võttis uurimisrühm ette kõik kirjanduses käsitletud mudelid nähtava aine jaotuse ja liikumise kohta meie galaktikas. Selgus, et ükski neist ei klapi mõõtmistulemustega – osa ainet on puudu isegi arvestades kõige pessimistlikumaid veahinnanguid.

Uurimisrühm arvutas teoreetiliste ja mõõdetud pöörlemiskiiruste erinevuse paljudel erinevatel kaugustel galaktika keskmest vahemikus 3-20 kiloparsekit. Teooria ja katsetulemuste vahel on erinevus kõigil kaugustel. Tõsi küll, galaktika keskmes on need erinevused statistiliselt üsna väiksed, aga 6-7 kiloparseki kaugusel tõuseb tulemuste olulisus 5 sigmani, mis osakestefüüsikas tähendab avastust, st mudeli tõestamist.

Kas Newtoni seadused panevad tuleproovile vastu?

Tulemustest saab järeldada, et 8 kiloparseki raadiuses Linnutee keskmest on arvestatav kogus tumeainet. Aga see järeldus peab paika vaid tingimusel, et Newtoni seadused tõepoolest kehtivad ka galaktilistes mastaapides. Ja on ka astronoome, kelle arvates on galaktika aine liikumise teooria ja mõõtmistulemuste erinevust otstarbekam seletada Newtoni mehaanikat korrigeerides.

Järgmine samm nende küsimuste uurimisel ongi mudeli koostamine, mis oleks kooskõlas täna olemasolevate mõõtmistulemustega. Ja see saab olema päris keeruline.