Lehdistötiedote

Vakava isku pimeän aineen teorioille?

Uudessa tutkimuksessa paljastui pimeän aineen mystinen puutos Auringon lähialueilla

18. huhtikuuta 2012

Tarkin tähänastinen tutkimus tähtien liikkeistä Linnunradassa ei ole löytänyt todisteita pimeästä aineesta suuressa tilavuudessa Auringon ympärillä. Laajalti hyväksyttyjen teorioiden mukaan Auringon naapuruston pitäisi olla täynnä pimeää ainetta, mystistä ja näkymätöntä ainetta, jota voidaan tutkia vain epäsuorasti sen aiheuttaman painovoiman kautta. Chileläisen tähtitieteilijäryhmän uusi tutkimus on kuitenkin todennut, että nämä teoriat eivät sovi yhteen havaintojen kanssa. Tämä tarkoittaa, että yritykset havaita suoraan pimeän aineen hiukkasia Maassa tulevat todennäköisesti epäonnistumaan.

Muiden teleskooppien ohella ESO:n La Sillan observatorion MPG/ESO 2.2-metrin teleskooppia käyttävä tutkimusryhmä on kartoittanut yli 400 tähden liikkeitä 13 tuhannen valovuoden etäisyydelle Auringosta. Tästä uudesta aineistosta he laskivat aineen massan Auringon läheisyydessä olevassa tilavuudessa, joka on neljä kertaa suurempi kuin koskaan aikaisemmin on edes harkittu.

“Laskemamme massan määrä vastaa hyvin näkemäämme massaa - tähtiä, pölyä ja kaasua - Auringon ympäristössä,” sanoo tutkimusryhmän johtaja Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Mutta siihen ei jää tilaa lisämaterialle - pimeälle aineelle - jota odotimme löytävämme. Laskelmamme osoittavat, että sen olisi pitänyt tulle oikein selvästi esille mittauksissamme. Mutta sitä vain ei ole siellä!”

Pimeä aine on mystistä ainetta, jota ei voida nähdä, mutta joka osoittaa olemassaolonsa painovoimavaikutuksin sitä ympäröivään materiaan. Tätä kosmoksen lisärakenneosasta ehdotettiin alunperin selittämään, miksi Linnunratamme ja muiden galaksien ulommat osat kiertävät keskustaa niin nopeasti, mutta pimeä aine on nykyään myös galaksien muodostumisen ja kehittymisen teorioiden olennainen komponentti.

Nykyään on yleisesti hyväksytty ajatus, että tämä pimeä komponentti koostaa noin 80% maailmankaikkeuden massasta [1], huolimatta siitä, että se on pakoillut kaikkia yrityksiä selvittää yhä epäselvänä pysyvää luonnettaan. Kaikki yritykset havaita pimeää ainetta maanpäällisissä laboratorioissa ovat tähän mennessä epäonnistuneet.

Mittaamalla hyvin huolellisesti useiden, erityisesti kaukana Linnunradan tasosta olevien tähtien liikkeitä, tutkimusryhmä saattoi päätellä kuinka paljon materiaa niiden alueella on [2]. Liikkeet ovat seurausta kaiken materian, oli se sitten pimeää tai tähtien kaltaista näkyvää ainetta, yhteenlasketuista painovoimavaikutuksista.

Tämänhetkiset tähtitieteilijöiden mallit galaksien muodostumisesta ja pyörimisestä viittaavat siihen, että Linnunrataa ympäröi pimeän aineen halo. He eivät täsmällisesti pysty ennustamaan minkä muotoinen tämä halo on, mutta he uskovat löytävänsä huomattavia määriä pimeää ainetta Auringon ympäristöstä. Kuitenkin vain erittäin epätodennäköiset, esimerkiksi hyvin pitkuliaiset pimeän aineen halon muodot voivat selittää pimeän aineen puuttumisen, joka todettiin tässä uudessa tutkimuksessa [3].

Uudet tulokset tarkoittavat myös, että yritykset havaita pimeää ainetta Maapallolla koettamalla nähdä harvinaisia vuorovaikutuksia pimeän aineen hiukkasten ja “normaalin” aineen välillä jäävät todennäköisesti tuloksettomiksi.

“Uusista tuloksista huolimatta Linnunrata varmasti pyörii paljon nopeammin kuin näkyvä aine yksistään voi selittää. Niinpä jos pimeä aine ei ole siellä, missä odotimme sen olevan, täytyy löytää uusi selitys puuttuvan massan ongelmaan. Tuloksemme ovat ristiriidassa tällä hetkellä hyväksyttyjen mallien kanssa. Pimeän aineen mysteeri on nyt tullut vain entistäkin mystisemmäksi. Tulevat kartoitukset, kuten ESA:n Gaia-lento, tulevat olemaan välttämättömiä tästä eteenpäin pääsemiseksi.” päättää Christian Moni Bidin.

Lisähuomiot

[1] Tämänhetkisten pimeän aineen teorioiden mukaan pimeän aineen arvioidaan koostavan 83% maailmankaikkeuden aineesta jäljellä olevan 17%:n ollessa normaalia ainetta. Paljon enemmän pimeää energiaa näyttäisi myös sisältyvän maailmankaikkeuteen, mutta sen ei uskota vaikuttavan tähtien liikkeisiin Linnunradassa.

[2] Havainnot tehtiin käyttäen FEROS-spektrografia MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopilla, Coralie-havaintolaitetta sveitsiläisellä 1.2-metrin Leonhard Euler -teleskoopilla, MIKE-havaintolaitetta Magellan II -teleskoopilla ja Echelle spektrografia Irene du Pont -teleskoopilla. Ensimmäiset kaksi teleskooppa sijaitsevat ESO:n La Sillan observatoriolla ja jälkimmäiset kaksi teleskooppia Las Campanasin observatoriolla. Kumpikin observatorio sijaitsee Chilessä. Tutkimukseen sisällytettiin kaikkiaan yli 400 punaista jättiläistähteä huomattavasti erilaisilla etäisyyksillä galaksin tasosta galaksin etelänavan suuntaan.

[3] Teoriat ennustavat, että keskimääräinen pimeän aineen määrä Auringon alueella Linnunrataa olisi suunnilleen 0.4-1.0 kilogrammaa pimeää ainetta Maapallon tilavuutta kohden. Uusi mittaus löysi 0.00±0.07 kilogrammaa pimeää ainetta Maapallon tilavuutta kohden.

Lisätietoa

Tämä tutkimus julkaistiin Moni-Bidinin et al. kirjoittamassa tieteellisessä artikkelissa “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood”, joka ilmestyy julkaisusarjassa The Astrophysical Journal.

Tutkimusryhmään kuuluvat C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), G. Carraro (European Southern Observatory, Santiago, Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile) ja R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) viettää vuonna 2012 perustamisensa 50-vuotisjuhlaa. ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu: ApJ preprint
  
• Valokuvia MPG/ESO 2.2 metrin teleskoopista
  
• Valokuvia sveitsiläisestä 1.2 metrin Leonhard Euler -teleskoopista

Yhteystiedot

Christian Moni Bidin
Universidad de Concepción
Concepción, Chile
Puh.: +56 9 9210 3235
Sähköposti: cmbidin@astro-udec.cl

Giovanni Carraro
ESO
Santiago, Chile
Sähköposti: gcarraro@eso.org

René A. Méndez
Department of Astronomy, University of Chile
Santiago, Chile
Sähköposti: rmendez@u.uchile.cl

Rory Smith
Universidad de Concepción
Concepción, Chile
Sähköposti: rsmith@astro-udec.cl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media