Tumeaine

12. klass > Füüsika > 5. kursus: Mikro- ja megamaailma füüsika

Maal kasutame keha massi mõõtmiseks sellele mõjuvat raskusjõudu – võrdleme Maa külgetõmmet kehale ja kaaluvihile. Ehkki planeete, tähti või galaktikaid ei saa asetada kaaludele, kasutatakse ka kosmilistes mastaapides kehade kaalumisel gravitatsioonijõudu.

Kui on tegemist kaksiksüsteemidega nagu planeet-kaaslane, täht-planeet, kaksiktähed jne, saab nende massi määrata kaaslase orbiidi elliptilisuse ning tiirlemisperioodi põhjal.

Galaktikate puhul on olukord keerulisem, sest enamasti pole neil kaaslasi, mis nende ümber tiirleksid, ka võtaks ühe täistiiru jälgimine miljoneid aastaid. Galaktikate (ja teiste eriti kaugete) objektide puhul kasutatakse nende massi hindamisel nende poolt kiiratavat kiirgushulka ehk mass-heleduse suhet, millega on tähtede ja tähesüsteemide mass küllaltki täpselt määratletud.

Galaktikad koonduvad galaktikaparvedesse. Ühes parves võib olla sadu, isegi tuhandeid galaktikaid – näiteks 140 miljoni parseki kaugusel asuvas Coma parves on loetud kokk üle kümne tuhande galaktika.

Galaktikaparvede uurimisel selgus, et nende mass-heleduse suhe on umbes sada korda väiksem oodatust – nende aine kiirgusvõime tundus olevat sadu kordi nõrgem kui tähtedel ja galaktikatel. Seda silmale ja teleskoopidele nähtamatut materjali on hakatud kutsuma varjatud massiks ehk tumeaineks ehk tumeenergiaks. Justnimelt tumeainet peetakse galaktikaparvede moodustumise peamiseks põhjuseks – kui seda poleks, hajuksid galaktikad „vaid“ mõne miljardi aastaga.

Tumeaine otsingute käigus avastas teadlaste rühm Jaan Einasto juhtimisel, et ta pole mitte kogunenud galaktikate südamikesse või hajunud ühtlaselt galaktikate sees vaid ümbritseb neid ulatudes suurte kaugusteni galaktikate tsentrist mõõdetuna – 250 kpc raadiusega galaktikaparves osutus massi olema vähemalt kümme korda rohkem kui võis arvata tema ereduse järgi. Kusjuures kehtib seos – mida eredam on galaktika, seda rohkem tumeainet teda ümbritseb.

Kuna Universumi evolutsioon tulevikus sõltub Universumi massist, siis just tumeaine massi täpne määramine saab olema määrava tähtsusega faktoriks milline Universumi tulevikustsenaariumitest rakendub.