"Ega keegi osakestefüüsika mõttes täpselt ei tea, mis see tumeaine ja selle osakesed on. Seda on meie galaktikas ja kõigis teistes galaktikates näha ainult selle järgi, kuidas mõjutavad need tavalise aine liikumist," selgitas uurimuse juhtivautor Kristjan Kannike, KBFI vanemteadur saates "Labor".

Tähed tiirlevad galaktikate äärealadel sedavõrd kiiresti, et ilma tumeaine ja selle raskusjõuta lendaksid need galaktikaid lahutavasse ruumi. Hinnanguliselt moodustab tumeaine kogu ilmaruumis leiduvast ainest 85 protsenti.

Osad tumeainet kirjeldavad mudelid ennustavad, et tumeainet saab märgata lisaks selle gravitatsioonilisele mõjule ka teisel viisil. Äärmiselt harva, kuid siiski piisavalt sageli võib põrgata mõni selle osake kokku tavalise aine aatomituumaga. Kuigi tumeaine ise valgust ei kiirga, võiks näha selle tagajärjel valgussähvatust.

Sarnaseid sähvatusi võivad tekitada teisedki füüsikalised protsessid. Teadlasi valedele jälgedele juhtivate signaalide vähendamiseks asub tumeaine otsimiseks kasutatav eksperiment XENON ja selle tonni vedela ksenooniga täidetud paak sügaval Gran Sasso mäe all. Seni on raskete, prootonitest 10–1000 korda korda massiivsemate tumeaine osakeste otsingud luhtunud.

"Keegi tegelikult ei tea, kui raske see tumeaine osake on. Kuna raskeid osakesi pole keegi näinud, siis hakatakse loomulikult otsima kergemaid osakesi. Iseenesest nende kergete osakeste otsimine ei ole nii kerge," selgitas Kannike. Aatomituumade suure massi tõttu peaks põrkuma tumeaine ksenooni elektronidega.

Uudset taktikat rakendades teatasid eksperimendi juures töötavad teadlased juuni keskele, et võisid näha tumeainele viitavat signaali. Kui teada-tuntud taustaallikad oleks pidanud tekitama aasta jooksul 232 sähvatust, siis teadlased nägid 285 signaali.

Vanemteadur nentis, et isegi XENON-i töörühma arvates ei tõesta see üheselt tumeaine olemasolu. Samasugust signaali nähtaks näiteks juhul, kui ühe kilogrammi ksenooni kohta leiduks paagis kolm triitiumi ehk üliraske vesiniku aatomit, mis ajapikku paagis lagunevad.

Teise võimalusena on neutriinodel, teadusele paremini tuttavatel peaaegu massitutel ja tavalise ainega üliharva vastastikmõjju astuvatel osakestel arvatust tugevam magnetväli. "Nad oleks nagu väikesed kompassi magnetnõelad. Magnetväli võimaldaks põrgata neil kergemini elektronidega ja ka signaali anda, kui nad Päikeselt meile tulevad," laiendas Kannike.

Kuum tumeaine
Kui tegu on tõepoolest tumeainega, poleks see sama sorti tumeaine, mis hoiab koos galaktikaid ja mõjutas universumi arengut selle alguspäevil. "Sellise signaali andmiseks peaks olema see suhteliselt kiire, täiesti relativistlik ehk selle kiirus võiks olla 10–20 protsenti valguse kiirusest, et see saaks olla n-ö kuum tumeaine," tutvustas Kannike oma töö järeldusi.

Aksionite lähim allikas oleks vanemteaduri sõnul Päike. Tumeaine koguneks tähe sisemusse, kus põrkuks see tavalise ainega. Sellest osa saadetaks teele Maa suunas. "See on ilus idee, aga see on natuke problemaatiline. Kui Päike või teised tähed neid kuumutaks, siis see omakorda jahutaks neid tähti. Oma elutsükli lõpule jõudnud valged kääbused jahtuksid aksionite olemasolul mõõdetust kiiremini," tõdes Kannike.

Teisalt võivad moodustada aksionid nn aksiontähti, mis oleksid oma suuruselt võrreldavad väiksemate planeetidega. Tasapisi võiksid laguneda need vabadeks aksioniteks.

Midagi kindlamat saab öelda juba õige pea. XENON eksperimendi järgmises põlvkonnas on vedelat ksenooni mitu korda rohkem. Mida suurem on aga eksperiment, seda suurem on võimalus väikese signaali püüdmiseks. Andmeid hakatakse sellega koguma sel aastal.

"Umbes aasta pärast võiksid need tulemused välja tuua. Seal peaks olema selgelt näha, kas see on nüüd tõesti tumeaine, mida mina ja kõik teised teoreetikud loodame, või on tegu müraga," laiendas Kristjan Kannike.

Tutvu Kristjan Kannikese ja ta kolleegide tööga võrguvaramus ArXiv.