Yllättävä arvoitus pimeältä aineelta

Kuvittele, että etsit karkulaista kissaa. Löydät tassunjälkiä omalta terassiltasi. Tarkistat naapurien pihat – sielläkin pitäisi olla samoja jälkiä – mutta tyhjän kanssa. Olet varmasti ihmeissäsi. Noin ovat nyt pimeän aineen tutkijat pulassa.

Pimeä aine on näkymätöntä tavaraa, joka muodostaa valtaosan maailmankaikkeudesta. Emme näe sitä, mutta gravitonsa paljastavat olemassaolonsa. Tieteilijät ovat metsästäneet sitä vuosikymmeniä. Eräs lupaava vihje tuli Linnunradan keskuksesta: outo gammasäteilyn hehku. Selitys? Pimeän aineen hiukkaset törmäävät ja tuhoutuvat, synnyttäen säteilyä.

Ongelma ilmestyi kääpiökaloreissa. Niissä pimeää ainetta pitäisi olla tiheästi, mutta signaalia ei näy. Yksi terassi täynnä jälkiä, muut tyhjiä. Ei sovi kokonaiskuvaan.

Kahden makuisen pimeän aineen malli

Fermilabin Gordan Krnjaicin johtama ryhmä keksi oivan ratkaisun: entä jos pimeää aineetta onkin kaksi erilaista hiukkastyyppiä, jotka toimivat yhdessä?

Idean salaisuus on yksinkertainen. Sen sijaan että yksi hiukkastyyppi etsii turhaan pariaan, kaksi tyyppiä kohtaavat toisensa. Gammasäteily syntyy vain, kun molemmat ovat paikalla ja reagoivat.

Tämä muuttaa koko odotuksia signaaleista.

Miksi Linnunrata hehkuu ja kääpiöt vaikenivat

Linnunradassa hiukkastyyppejä on ehkä suunnilleen yhtä paljon. Törmäyksiä riittää, säteily näkyy.

Kääpiökalareissa tilanne eroaa. Yksi tyyppi voi vallita täysin, toista vain ripaus. Törmäystodennäköisyys romahtaa. Signaali katoaa.

Kuten leipää riittää, mutta maapähkinävoita vain hitunen. Joku saa voileivän, mutta suurimman osan leivästä menee hukkaan.

Miksi malli kiehtoo

Tämä ehdotus on nerokas esimerkki fysikoiden kekseliäisyydestä. Havainnot eivät sovi, joten eivät luovuta. Sen sijaan kyseenalaistavat yksinkertaiset mallit.

Kahden tyypin systeemi on joustava. Selittää Linnunradan hehkun ja kääpiöiden hiljaisuuden. Antaa tilaa luonnon monimutkaisuudelle, ei väkisin sovi dataa muottiin.

Seuraavat askeleet

Todistus löytyy tulevista havainnoista. Tarvitaan dataa eri galakseista, malleja testaamaan. Kaunis teoria, mutta universumi päättää.

Mielenkiintoista on, että arvoitus syntyi puutteesta. Signaalin puuttuminen kertoi yhtä paljon kuin sen löytyminen. Tiede elää myös tyhjyydestä.

Pimeän aineen jahti jatkuu. Sellaiset mallit pitävät mysteerin elävänä.