mingi galaktika kujutist ühes suunas. See on tavapärane. Kui nad aga teleskoopi pisut nihutasid, nägid galaktikat, mis oli esimesega üpris sarnane. Kummagi galaktika kuju, värvus ja valgus olid nii sarnased, et tegemist pidi olema ühe ja sama galaktikaga. Kuidas oli see võimlik? Kuidas saab sama galaktika ilmuda taevasse kaks korda?
Sama galaktika topeltkujutis on mõistetav, kui vahepeal on midagi massiivset ja nähtamatut. Too vahepealne võib toimida hiiglasliku läätsena, mis kallutab valgust, nagu tuleks see kahest suunast.
Kujutlege, et valgus kiirgub galaktikast igas suunas. Nüüd mõelge, et kaks valgusosakest ehk footonit tulevad galaktikalt ja kihutavad teie kummagi külje suunas. Kui teie ja galaktika vahel on midagi ränkrasket, siis moondab tolle kamaka gravitatsioon ruumi selle ümber nõnda, et valgusosakesed pöörduvad teie poole.6
Maal näete seda teleskoobis kui sama galaktika kahte kujutist, mis tulevad taeva eri suunast. Efekt oli täheldatav kogu öötaevas. Tumeaine polnud enam fantaasia. Kuhu ka ei vaataks, kõik tõestas seda.
3. Põrkuvad galaktikad
Veenvaim tumeaine olemasolu tõestus johtus galaktikate põrkumise vaatlustest. Kaks galaktikaparve põrkasid kokku miljoneid aastaid tagasi. See oli muljetavaldav sündmus. Me ei näe vahetult sündmust ennast. Et aga valgus jõuab Maale miljoneid aastaid hiljem, võime istuda ja sündmust mugavasti vaadelda.
Kui kaks galaktikaparve kokku said, põrkusid parved lausa vaatemänguliselt: toimusid vägevad plahvatused, tõusid suured tolmupilved. Lausa ekstravagantne eriefekt. Kui sellest on abi, kujutlege kaht veemahutit äkitselt põrkumas.
Astronoomid täheldasid veel midagi. Põrkekoha lähedal märkasid nad kaht tumeaine tompu; muidugi oli see tumeaine nähtamatu, kuid nad paigaldasid tombud kaudselt, mõõtes nende taga olevate galaktikate valguse hälbimist. Näis, et tombud liiguvad mööda põrkejoont, nagu poleks midagi juhtunud.
Uurijad sedastasid: oli kaks galaktikaparve, kumbki tavaainesest (peamiselt gaas ja tolm, mõned tähed) ja tumeaine. Kui kaks parve põrkusid, sai enamik gaasist ning tolmust tavaainesena kokku. Mis juhtub, kui tumeaine põrkub tumeainega? Mitte midagi vaadeldavat! Tumeaine tombud jätkasid teekonda ja läbisid teineteist, otsekui poleks teist märganudki. Läbi läksid ka tähed, sest nad olid nii harvad.
Tohutud mateeria kobakad, suuremad kui paljud galaktikad, läbisid üksteist. Oluline on see, et põrge haaras galaktikatest gaasi ja tolmu.
Nüüd peaks tumeaine olemasolu olema ilmne. Ka see, et ta on midagi eriskummalist ja erinev tuntud ainest.
Teame tumeainest:
● Tal on mass.
● Ta on nähtamatu.
● Talle meeldib seltsida galaktikatega.
● Tavaainest ta ei hooli.
● Teine tumeainetükk jätab ta ükskõikseks.7
● Tal on tore nimi.
Nüüd vist mõtlete: Oleksin ma tumeainest, siis oleks ma kardetav üliinimene. Ei mõtle? Olgu. Võib-olla tundus see meile ainult nii.
Teame tumeainest, et ta ei peitu kaugel. Tumeaine koguneb tohututeks klompideks, mis hõljuvad ilmaruumis ja kleepuvad galaktikate külge. Tähendab tumeaine ümbritseb teid praegu. Sellal kui lugesite seda lehekülge, läbistab tumeaine tõenäoselt seda raamatut ja teid ennast.
Kui ta on kõikjal meie ümber, miks on ta siis nii salapärane? Miks me teda ei näe ega saa kombata? Kuidas võib miski olemas olla, kuid jääda nähtamatuks?
Tumeainet on raske uurida, sest ta ei astu peaaegu millegagi vastastikmõjusse. Ta on nähtamatu (seepärast ta ongi “tume”). Teame, et tal on mass (sellest siis “aine”). Et seda selgitada, mõtleme esmalt sellele, kuidas mõjustub vastastikku tavaaine.
Neid on neli:
Gravitatsioon
Kui kahel kehal on mass, tõmbuvad nad teineteise poole.
Elektromagnetism
See on kahe osakese vaheline jõud, kui neil on elektrilaeng. Tõmbumine või tõukumine, olenevalt laengute erinevusest või samasusest.
Argielus tunnete seda jõudu, kui surute käega sellele raamatule. Põhjus, miks käsi ei lähe läbi paberi ja paber ei purune, on see, et molekulid raamatus hoiavad ühte elektromagnetiliste seostega ja tõukuvad käe molekulidest.
Elektromagnetism põhjustab ka valgust ja muidugi elektrit ja magnetismi. Edaspidi vestame põhjalikumalt valgusest ning süvaseosest osakeste ja jõudude vahel.
Nõrk tuumajõud
Väga sarnane elektromagnetismiga, kuid on sootuks nõrgem. Näiteks neutriinod rakendavad seda jõudu vastastikmõjuks (nõrgaks!) teiste osakestega. Väga kõrge energia juures saavad need jõud ühetugevuseks ja muutuvad osaks nõndanimetatud elektronõrgast vastastikmõjust.
Tugev tuumajõud
hoiab aatomituumas koos prootoneid ja neutroneid. Selle jõuta lendaksid positiivse laenguga üksteist tõukavad prootonid laiali.
On oluline märkida, et see jõudude loetelu on üksnes kirjeldav. Vahel sarnaneb füüsika botaanikaga. Me ei tea, miks ükski neist jõududest eksisteerib. Pakume vaid pilti vaatlustulemustest. Ei teagi, kas see nimistu on ammendav. Siiani on iga katse osakestefüüsikas nende nelja jõu põhjal seletatav.
Miks siis tumeaine on nii tume? Hüva, tumeainel on mass, seepärast allub ta gravitatsioonile. See on ka kõik, mida teame tema vastastikmõjudest. Arvame, et ta ei osale elektromagnetilises interaktsioonis. Meie teadmiste järgi ei peegelda ta valgust ega kiirga seda. Seepärast ongi ta nähtamatu. Paistab, et ta ei osale ka nõrgas ega tugevas vastastikmõjus.
Sedasi, välistades mistahes uue tundmatu interaktsiooni, tuleb välja, et tumeaine ei või olla meiega ega meie teleskoopide ning anduritega vastastikmõjus mistahes tuntud mehhanismi kaudu. Raske on midagi säärast uurida.
Kindlasti teame üksnes seda, et ta allub gravitatsioonile. Seepärast ongi tema nimetuses sõna aine. Tal on mass, sestap ta graviteerub.
Küllap näitasime veenvalt, et tumeaine on olemas. Miski hoiab kinni tähtesid, väldib nende minema lendamist, hälvitab galaktikate valgust ning eemaldub hiiglaslikest kosmilistest põrgetest otsekui filmikangelane astub autoavariist tasahiljukesi, tagasi vaatamata eemale. Tumeaine on sama külmavereline.
Kuid jääb küsimus: millest koosneb tumeaine?
Valguse paindumist gravitatsiooni toimel ennustas Albert Einstein. Ta olevat olnud üsna nupukas vennike.
Võimalik, et tumeaine tunneb ennast mingi uue senitundmatu jõu kaudu.
