![cover image](https://wikiwandv2-19431.kxcdn.com/_next/image?url=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6f/CMB_Timeline300_no_WMAP.jpg/640px-CMB_Timeline300_no_WMAP.jpg&w=640&q=50)
Pimeä aine
hypoteettinen aineen tyyppi / From Wikipedia, the free encyclopedia
Pimeä aine eli pimeä massa[1] voidaan määritellä kahdella tavalla: teoreettisesti sillä voidaan tarkoittaa maailmankaikkeuden ainetta, joka ei emittoi (säteile), absorboi, tai sirota lainkaan sähkömagneettista säteilyä, mutta joka kuitenkin vuorovaikuttaa tavanomaisen aineen kanssa painovoiman välityksellä.[2] Kosmologisista havainnoista puhuttaessa sillä kuitenkin tarkoitetaan ainetta, joka on liian himmeää havaittavaksi nykyteknologian avulla sähkömagneettisen säteilyn perusteella.[2] Pimeän aineen uskotaan muodostavan suuren osan maailmankaikkeuden massasta. Sitä ei ole kuitenkaan onnistuttu havaitsemaan suoraan, ja sen koostumus on yksi kosmologian ratkaisemattomista arvoituksista.[3] Pimeää ainetta kutsutaan myös nimellä puuttuva massa.[1]
Planck-luotaimen vuosina 2009–2013 tekemien havaintojen ja yleisen suhteellisuusteorian (painovoimateoria) perusteella pimeä aine kattaa 84,5 % maailmankaikkeuden massasta ja 26,8 % sen massaenergiasta. Pimeän energian osuus massaenergiasta on 68,3 % ja tavallisen aineen 4,9 %. Tavallisen aineen osuus aineesta on 15,5 %.[4]
Ensimmäisenä pimeän aineen olemassaoloa ehdotti Fritz Zwicky Kalifornian teknillisestä yliopistosta (Caltech) vuonna 1933 pääteltyään sen Coman galaksijoukon galaksien liikkeistä, jotka eivät vastanneet galaksien oletettua massaa ja täten painovoimaa.[5] Pimeän aineen koostumuksesta ei olla varmoja, ja kyseessä saattaisi olla yksi tai useampi toistaiseksi tuntematon subatominen hiukkanen.
Pimeä aine voidaan jakaa kahteen luokkaan massansa perusteella: kylmään ('raskaaseen') ja kuumaan pimeään aineeseen ('kevyeen'). Kevyt pimeä aine liikkuu raskasta nopeammin[6]. Kuuma pimeä aine liikkuu lähes valonnopeudella, kun taas kylmä pimeä aine liikkuu selvästi hitaammin. Tunnetut neutriinolajit ovat kuumaa pimeää ainetta. Suuren nopeutensa vuoksi neutriinot eivät voi jäädä kiertämään galaksia eivätkä ne näin ollen selitä galaksien puuttuvaa massaa. Neutriinojen on arvioitu vastaavan noin 0,5 %:sta maailmankaikkeuden massaenergiasta.[7] Täten kylmän pimeän aineen osuudeksi jäisi 26,3 %. Kuuma pimeä aine oli suosituin teoria 1980-luvun lopulla, mutta kun se ei vastannut havaintoja, sen on syrjäyttänyt jossain määrin kylmä pimeä ainelähde?.
Koska pimeää ainetta ei ole yrityksistä huolimatta onnistuttu havaitsemaan, osa astrofyysikoista on ehdottanut vaihtoehtoiseksi ratkaisuksi muutoksia yleisen suhteellisuusteorian lakeihin.