Onko pimeällä aineella kuumetta?
Suuri osa maailmankaikkeudesta on edelleen hävöksissä. Tavallinen aine muodostaa universumista vain viitisen prosenttia, kun pimeän aineen osuus on 27 ja pimeän energian 68 prosenttia.
Pimeästä aineesta tiedetään hyvin vähän – ja pimeästä energiasta vielä vähemmän – mutta nyt tutkijat ovat mitanneet sen lämpötilan.
Erilaisia vaihtoehtoja pimeän aineen olemukselle on esitetty useita. Ruskeista kääpiöistä eli epäonnistuneista ja siksi hyvin himmeistä tähdistä, mustista aukoista tai neutriinoista ei ole selitykseksi, mutta toisaalta tutkijat eivät myöskään ole onnistuneet nappaamaan pimeän aineen muodostavia hiukkasia.
Keskeinen ongelma on, että mahdollisten hiukkasten ominaisuuksista ei ole juuri arvailua parempaa tietoa.
Ovatko ne harvalukuisia, mutta massiivisia, vai runsaslukuisia, mutta kevyitä?
Pimeän aineen oletettujen hiukkasten lämpötila liittyy likeisesti niiden massaan. Kyse ei siis ole siitä, mitä lämpömittari näyttäisi, jos anturi voitaisiin tökätä tuntemattomaan hiukkaseen.
”Lämpötila” kertoo sen, millaisilla nopeuksilla pimeän aineen hiukkaset liikkuvat.
Vallitseva käsitys on, että pimeä aine on ”kylmää” eli hiukkaset liikehtivät paljon valon nopeutta hitaammin. Silloin ne olisivat melko massiivisia.
Yksittäisten galaksien kohdalla onkin sitten ongelmia.
”Kylmien” hiukkasten avulla pystytään selittämään laajan skaalan eli galaksien muodostamien joukkojen kokoluokassa esiintyviä ilmiöitä.
Pienemmässä mittakaavassa eli yksittäisten galaksien kohdalla onkin sitten ongelmia. Siksi joissakin malleissa on mukana myös ”lämpimiä” pimeän aineen hiukkasia, jotka ovat ”kylmiä” keveämpiä ja liikkuvat suuremmilla nopeuksilla.
Teoreettisesti on tarkasteltu myös ”kuumia” hiukkasia, jotka olisivat hyvin keveitä ja kulkisivat lähes valon nopeudella, mutta aikaisempien havaintojen perusteella sellaisista ei ole merkkejä.
Lämpötila mitattiin tarkastelemalla gravitaatiolinssien aiheuttamia vaihteluita kaukaisten kvasaarien kirkkauksissa. Kun valo kulkee ison ainekasauman kuten galaksijoukon ja sitä ympäröivän pimeän aineen ohi, sen suunta muuttuu hieman.
Jos pimeässä aineessa on erillisiä tihentymiä, kirkkaudessa tapahtuvien muutosten perusteella voidaan arvioida, kuinka isoja tihentymät ovat.
Niiden koko puolestaan riippuu siitä, kuinka ”lämpimiä” hiukkaset ovat: vinhasti vipeltävät kevyet hiukkaset eivät pysty muodostamaan tiettyä kokoa pienempiä rakenteita.
Nyt tehty tutkimus määritti alarajan pimeän aineen hiukkasten massalle: noin sadasosa elektronin massasta. Sitä tulokset eivät kerro, mikä on massan yläraja.