Pimeä aine on todella kiehtova käsite. Se on jotain, mitä emme pysty näkemään tai tuntemaan, eikä sen kanssa voi olla mitenkään vuorovaikutuksessakaan. Sitä on äärimmäisen hankala tutkia, jonka vuoksi se on yksi koko maailmankaikkeuden suurimmista mysteereistä. Pimeää ainetta on kuitenkin kaikkialla. Kokeile vaikka nostaa kätesi ilmaan ja sen jälkeen laskea se alas. Tuon lyhyen hetken aikana kätesi tavalla tai toisella kohtasi pimeän aineen. Nykyoletus on, että käden nostamisen ja laskemisen aikana käden läpi kulkee miljoonia tai jopa mijlardeja pieniä pimeän aineen hiukkasia.
Ensimmäistä kertaa pimeän aineen olemassaolo valkeni avaruustutkijoille 70-luvulla tehtyjen spiraaligalaksihavaintojen myötä, jolloin selitykseksi tarjottiin pimeää, tuntematonta ainetta. Tosin jo vuonna 1933 muuan kalifornialainen tutkija nimeltä Zwicky epäili jonkinlaisen tuntemattoman massan olevan olemassa ja vaikuttavan Linnunradan liikkeisiin. Pimeästä aineesta on siis tiedetty astronomiassa jo kymmenien vuosien ajan, ja astronomit ovat jo pitkään pyrkineet kaikin mahdollisin keinoin tutkimaan pimeää ainetta – tuota salaperäistä, näkymätöntä substanssia, josta suurin osa maailmankaikkeudesta koostuu. Vaikka sitä ei pystytä suorasti havainnoimaan, on pimeä aine vuorovaikutuksessa normaalin, säteilevän aineen kanssa eli kaiken sen kanssa, mikä koostuu neutroneista, protoneista ja elektroneista eli atomeista. Siinä missä nykyään maailmankaikkeuden tiedetään koostuvan enimmäkseen pimeästä aineesta, sillä tähdet, galaksit, eläimet, ihmiset ja kasvit muodostavat vain noin viisi prosenttia maailmankaikkeudesta, oli tavallinen aine huomattavasti hallitsevampi elementti galaksien ollessa parin tai muutaman miljardin vuoden ikäisiä.
Astronomit ovat kaikkien näiden satojen vuosien ajan yrittäneet parhaimpansa mukaan selvittää, mistä salaperäinen pimeä aine tarkalleen ottaen koostuu. Tämänhetkisen olettamuksen mukaan kyse voisi olla jonkinlaisesta subatomisesta hiukkasesta, mutta kovinkaan tarkkaa tietoa asian suhteen ei vielä ole. Pimeää ainetta tunnetaan hyvin huonosti jo siksikin, että se on hyvin kehnosti vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa, eikä sitä sen vuoksi voida havainta ihmisten rakentamilla havaintolaitteilla. Sen kuitenkin tiedetään olevan avaruudessa siksi, että se vaikuttaa painovoiman syntyyn merkittävästi. Galaksien uloimmissa osissa liikkuvien tähtien myötä on helppo päätellä, että niitä liikuttaa jokin pimeä aine, ei pelkästään jo tuntemamme tavallinen aine. Kiinnostavaa olisi tietää esimerkiksi se, kuinka pimeä aine käyttäytyy erilaisissa ympäristöissä, mutta tietenkin myös se, miten se on syntynyt ja se, minkä vuoksi maailmankaikkeudesta löytyy nyt enemmän pimeää ainetta kuin tavallista ainetta. Suosituimpiin oletuksiin kuuluu se, että pimeä aine on protonia suurempi hiukkanen, joka liikkuu huomattavasti valonnopeutta hitaammin. Tämä oletus selittäisi esimerkiksi maailmankaikkeuden rakennetta suuremmassa mittakaavassa, mutta se ei vielä kuitenkaan selitä sitä, kuinka pimeä aine on levinnyt galakseissa.
Pimeää ainetta koskevat viimeaikaiset tutkimukset
Pimeää ainetta tutkittaessa havainnoidaan tähtien liikkeitä galaksissa, galaksien liikkeitä galaksiryppäissä ja lisäksi tutkitaan myös säteilyä, johon pimeä aine on jättänyt jälkensä lähes 14 miljardia vuotta sitten tapahtuneessa alkuräjähdyksessä. Viimeisimmissä tutkimuksissa on kolmeatoista galaksin keskittymää tutkimalla selvitetty pimeän aineen koostumusta ja sitä, onko pimeä aine sittenkin sameampaa kuin mitä aiemmin on oletettu. Tutkimuksissa on tehty ahkerasti erilaisia simulaatioita, joiden kautta on pystytty osoittamaan, että maailmankaikkeus on rakenteeltaan jollain tapaa verkkomainen, ja sen solmukohtiin on kerääntynyt pimeää ainetta.
Viime vuoden loppupuolella tutkijat kuitenkin kiinnittivät huomiota pimeän aineen jakautumiseen maailmankaikkeudessa ja silloin huomattiin, että se onkin aiemmin luullun vastaisesti tasaisempaa ja levinneempää, eikä lainkaan niin kiinteää tai möykkyyntynyttä kuin aikaisemmin olemme luulleet. Mikäli tämä todella pitää paikkansa ja vastaavanlaisia havaintoja tehdään jatkossakin, kumoavat ne monet aiemmin kehitellyt teoriat pimeästä aineesta. Tämä puolestaan tarkoittaa sitä, että galaksien kehittyminen ei olekaan tapahtunut siten kuten on otaksuttu. Nämä löydät toisin sanoen mullistavat myös oman Linnunratamme historian!
Toinen mainitsemisen arvoinen hiljattain tehty tutkimus julkaistiin Physical Review D:ssä alkukeväästä. Tutkimuksessa esitetään teoria koskien alkeishiukkasia, joita kutsutaan aksioneiksi. On nimittäin arvioitu, että aksionit toimivat pimeän aineen tärkeimpänä rakennusaineena. Mikäli niiden olemassaolo pystytään todistamaan ja ne muodostavat jonkinlaista massaa, voi pyörivä musta aukko saada aikaan aksionipilven. Tällainen aksionipilvi johtaa gravitaatioaaltojen syntymiseen, joita tiedemiehet ovat pystyneet havainnoimaan ennenkin. Mikäli teoria osuu oikeaan, tarkoittaa ase sitä, että myös aksionit eli pimeän aineen hiukkaset on mahdollista havaita. Tarvitaan kuitenkin vielä hiukan tarkempia havannointilaitteita, jotta se olisi todennäköisempää. Jäämme siis odottamaan teknologian kehittymistä mielenkiinnolla.
==Aiemmat, jo kumotut teoriat==
Tähtitieteilijät ja avaruustutkijat ovat toki esittäneet vuosien saatossa monenlaisia teorioita ja selityksiä mustalle aineelle. Seuraavaksi tähän loppuun esitellään huvin vuoksi pari sellaista teoriaa, jotka on jo osoitettu epätosiksi.
- Onko painovoima pimeää ainetta? Aiemmin ehdotukseksi tarjottiin sitä, että painovoima ei käyttäytyisikään kuten sen suhteellisuusteorian mukaan pitäisi. Tämä ei kuitenkaan voi pitää paikkaansa johtuen siitä, ettei Linnunradalta löytyvä pimeä aine ole jakautunut tasaisesti.
- Onko tähtienvälinen aine pimeää ainetta? Tähtien välistä löytyy kaasua, jonka massa edustaa noin puolta tähtien kokonaismassasta ja vain paria prosenttiyksikköä Linnunradan massasta kaiken kaikkiaan.
