8.3.2018

Voiko pimeä aine olla kytköksissä johonkin uuteen avaruuden ulottuvuuteen?

Sellaiseen, mitä emme ole vielä havainneet tai mitä emme vielä ymmärrä? Entä voiko pimeä aine vaikuttaa kosmologiseen vakioon? Jos sillä esimerkiksi olisi jokin ominaisuus, joka kiihdyttää avaruuden laajentumista?

Tutkijatohtori Tommi Tenkanen, Queen Maryn yliopisto (Lontoo):

Säeteoriat ovat matemaattisia malleja, joiden mukaan alkeishiukkaset ovat yksiulotteisia säikeitä. Erilaisia säeteorioita on esitetty hiukkasfysiikassa viime vuosina runsaasti, ja pimeä aine kytketään näissä teorioissa tuntemattomiin avaruuden ulottuvuuksiin. Uusia ulottuvuuksia ei olisi säieteorioiden mukaan vain yhtä vaan niitä olisi paljon, jopa kuusi tai pitkälle yli parikymmentäkin teoriasta riippuen. Nykyinen neliulotteinen maailmamme (kolme paikallista ulottuvuutta ja aikaulottuvuus) esitetään yleensä siten, että se on ikään kuin upotettu näihin ulottuvuuksiin.

Ongelmana on, että teorioiden testaaminen kokeellisesti on erittäin vaikeaa. Siksi vastaus kahteen ensimmäiseen kysymykseen on: teoriassa täysin mahdollista, mutta mahdotonta tällä hetkellä varmentaa todeksi. 

Syynä on, että ulottuvuuksia ei voida havaita tavanomaisissa kokeellisissa testeissä, koska ne ovat käpertyneet hyvin pieniksi. Erittäin korkeaenergisissä hiukkaskiihdyttimissä niitä voi olla tulevaisuudessa mahdollista tutkia. Lisäksi niitä voidaan etsiä tutkimalla hyvin tarkasti maailmankaikkeuden alun tapahtumia eli alkuräjähdyksen jälkihehkua, joka on sähkömagneettista mikroaaltosäteilyä. Tämä säteily tulee nykyään esiin radioaaltojen alueella, joten sitä voidaan mitata esimerkiksi satelliittimittauslaitteilla.

Kosmologinen vakio on avaruuden oletettu perusominaisuus, eräänlainen energiamuoto, joka olemassaolollaan ja negatiivisella paineellaan aiheuttaa maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen. Maailmankaikkeuden laajenemiselle voi kuitenkin olla muitakin syitä. Yleisnimi tällaiselle tuntemattomalle tekijälle on pimeä energia.

Myös pimeä aine saattaa liittyä avaruuden kiihtyvään laajentumiseen, vaikka tavallisen hiukkasmuotoisen pimeän aineen paine on nolla. Se voi kuitenkin vuorovaikuttaa pimeän energian kanssa ja siten kytkeytyä laajentumiseen. Toisen teorian mukaan pimeä aine on samaan aikaan myös pimeää energiaa, jos tällaisella aineella on eri aikoina eri paine. Tuntematon, eksoottinen kvanttikenttä tekee matemaattisissa laskelmissa tämän mahdolliseksi.

Nämäkin mallit ovat hypoteettisia, eikä vielä voida sanoa, onko joku niistä pätevä. Tietoa pimeästä aineesta ja avaruuden laajentumisesta saadaan varmasti lisää parin vuoden kuluttua, kun Euroopan avaruusjärjestö ESA:n Euclid-satelliitti lähtee avaruuteen. Se tulee tekemään ennennäkemättömän tarkkoja ja laajoja mittauksia. Päätutkimuskohteena on pimeä aine, pimeä energia ja maailmankaikkeuden rakenne.

 

 

 

Viimeksi muokattu 8.3.2018

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi