Ürgsed mustad augud võivad aidata seletada tumeaine koostist ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Foto: Mark Myers/ARC/OzGrav

Suur osa universumi ainemassist on teadlastele tundmatu. Seda mõistatuslikku tumeaine koostist aitab selgitada ürgsete mustade aukude hüpotees, leiab Hardi Veermäe, kes koos kolleegide Gert Hütsi ja Martti Raidaliga pälvis hiljuti riikliku teadustööde preemia.

"Tunne on positiivne, on hea, et aeg-ajalt ka füüsikud ja iseäranis fundamentaalfüüsikud neid auhindu saavad. Meie uurimistöö on omas valdkonnas olnud üsna mõjukas, ehk oli see tunnustuse põhjus," ütles värske laureaat ning KBFI kõrge energia ja arvutusfüüsika laboratooriumis teadurina töötav Veermäe.

Tundmatu tumeaine

Veermäe uurimistöö keskmes olev universumi tumeaine temaatika pakub teadlastele ohtralt mõtteainet. "Tumeaine on üks moodsa füüsika suurtest lahendamata probleemidest. Näiteks, kui vaatame galaktikaid, me näeme, et enamik massist, mis hoiab tähti oma orbiitidel, ei tule nähtavast ainest. Umbes viis kuuendikku ainemassist universumis on teadmata päritoluga. Seda osa me nimetame tumeaineks," kommenteeris Veermäe. 

Värskes teadustöös lähenes Veermäe tumeaine küsimusele mustade aukude uurimise kaudu. Teadlase sõnul on mustad augud "objektid, mille gravitatsioon on nii tugev, et sellest mitte miski välja ei pääse. Kõik, mis sinna sisse kukub, jääb sinna sisse".

Seejuures tuleb eristada kahte liiki musti auke. "Mustad augud võivad tekkida tähtede kokkukukkumisel või väga varajases universumis enne, kui eksisteerisid tähed või ükskõik milline teine struktuur," selgitas Veermäe. Neid musti auke, mis tekkisid universumi esimestel sekunditel ehk vahetult pärast suurt pauku, nimetatakse ürgseteks mustadeks aukudeks. Just viimased võivad aidata seletada tumeaine koostist. 

Ürgsete mustade aukude hüpotees

Kuna tumeaine koostis on tundmatu, siis on teadlaste ülesanne katsetada erinevaid teoreetilisi võimalusi, mis seda seletaks. "Osakestefüüsikud leiavad, et tumeaine võiks koosneda seni tundmatutest mikroskoopilistest osakestest. Meie vaatasime teist võimalust. Me näeme mustade aukude ühinemistel tekkinud gravitatsioonilaineid. Siiani pole teada, kas need mustad augud on tekkinud tähtede kokkukukkumisel või ülivarajases universumis. Viimasel juhul moodustavad need osa tumeainest," selgitas Veermäe.

Kui tumeainest koosnevate ürgsete mustade aukude hüpotees osutub tõeseks, siis oleks Veermäe sõnul tegemist olulise teadusliku läbimurdega. "Kui me saame kinnituse, et need on ürgsed mustad augud, siis see on sama oluline, kui näiteks uue osakese avastamine füüsikas. See muudaks teoreetilise füüsika maastiku tuntavalt. Me õpime sellisel juhul midagi nii väga varajase universumi kui ka tumeaine kohta, millest me praegu palju muud ei tea kui seda, et sellel on gravitatsiooniline tõmme," sõnas teadur.

Ürgsete mustade aukude olemasolu tõendamine ei tähenda kogu tumeaine probleemi lahendamist, aga märgiks sellegipoolest olulist edasiminekut. "Isegi kui alla ühe protsendi tumeainest koosneb ürgsetest mustadest aukudest, siis on ka see väga oluline, sest leiame midagi täiesti uut, saame öelda midagi fundamentaalfüüsika kohta," täiendas Veermäe.

Hüpotees vajab kinnitust

Uuring kasutas eksperimendi tulemusi, mis analüüsis kaugete, mitmete valgusaastate kaugusel olevatelt ülikiirelt pöörlevatelt neutrontähtedelt ehk pulsaritelt maale saabuvaid regulaarseid signaale. Kui nende signaalide sageduses esineb teatud kindla mustriga kõrvalekaldeid, tekib võimalus, et tegemist on ürgsetest mustadest aukudest pärit gravitatsioonilainetega. 

"Kas sellel signaalil on olemas need vajalikud omadused, mida me eeldame gravitatsioonilainete puhul, seda veel kindlalt öelda ei osata. Meie uuring näitas, et kui eeldus, et need on gravitatsioonilained, peab paika, siis me saame teha väiteid varajase universumi kohta," selgitas Veermäe.

Veermäe lisas, et see signaal võib olla seotud ka galaktikate keskmes asuvate ülimassivsete mustade aukude tekkimisega. Kuidas viimased nii suureks kasvasid, on astrofüüsikas seni lahendamata probleem. 

Seega esialgu saab ürgsete mustade aukude olemasolust rääkida hüpoteesi vormis. "Iga idee, mida füüsikateoreetikud välja pakuvad, peab olema kooskõlas kõige sellega, mida juba teame. Ürgsed mustad augud on teoreetiliselt võrdlemisi hästi toimiv hüpotees. Teame, kuidas need varajases universumis tekkida võivad ja mis on eksperimentaalsed signaalid, mille abil neid avastada saame," täiendas Veermäe.

Uuring ilmus ajakirjas Physical Review Letters.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: