Uusi tutkimus haastaa vuosikymmeniä vallinneen käsityksen, jonka mukaan pimeä aine ja pimeä energia muodostavat suurimman osan maailmankaikkeudesta.
Asiasta uutisoi Phys.org.
Kanadalaisen Ottawan yliopiston fysiikan dosentti Rajendra Gupta esittää johtamassaan tutkimuksessa, että näitä ilmiöitä ei ehkä ole olemassa lainkaan. Sen sijaan kyse voi olla siitä, että luonnon perusvoimien, kuten gravitaation, vaikutus heikkenee hitaasti universumin vanhetessa ja laajetessa.
Tutkimus julkaistiin Galaxies-tiedelehdessä. Siinä esitetään, että jos luonnonvoimien voimakkuus muuttuu ajan ja paikan mukana, se voi selittää galaksien kehityksen, pyörimisen ja maailmankaikkeuden laajenemisen ilman pimeän aineen tai pimeän energian tarvetta.
”Maailmankaikkeuden voimat keskimäärin heikkenevät sen laajetessa”, Gupta selittää. ”Tämä heikkeneminen saa vaikuttamaan siltä, että maailmankaikkeuden kiihtyvää laajenemista ajaisi salaperäinen voima, jota kutsutaan pimeäksi energiaksi. Galaksien ja galaksijoukkojen mittakaavassa näiden voimien vaihtelu niiden gravitaatiosidonnaisessa avaruudessa kuitenkin johtaa ylimääräiseen gravitaatioon, joka tulkitaan pimeän aineen vaikutukseksi. Mutta nuo ilmiöt saattavatkin olla vain harhoja, jotka syntyvät luonnonvoimien voimakkuutta määrittävien muuttuvien vakioiden seurauksena.”
Guptan mukaan perinteisen kosmologisen mallin pitäisi selittää kaksi keskenään hyvin erilaista ilmiötä kahdessa eri mittakaavassa: kosmologisessa eli laajuudeltaan yli 600 miljoonaa valovuotta ja astrofysikaalisessa eli pienemmässä mittakaavassa. Molempiin tarvitaan erilaisia yhtälöitä havaintojen selittämiseksi pimeällä aineella ja pimeällä energialla.
”Meidän mallimme on ainoa, joka selittää molemmat samalla yhtälöllä, ilman että tarvitaan pimeää ainetta tai energiaa”, Gupta toteaa. ”On todella jännittävää, että tämä lähestymistapa antaa meille mahdollisuuden selittää kaiken, mitä näemme taivaalla – galaksien pyörimisestä ja kasaantumisesta siihen, miten valo taipuu massiivisten kohteiden ympärillä – ilman, että oletamme jonkin piilottelevan tuolla jossain.”
Viime vuonna julkaistussa tutkimuksessa Gupta kyseenalaisti pimeän aineen olemassaolon kosmologisessa mittakaavassa. Nyt suurennuslasin alla on astrofysikaalinen mittakaava.
Gupta sovelsi uutta mallia nyt galaksien pyörimiskäyriin. Mallissa esiintyy parametri α, joka syntyy, kun niin sanottujen kytkentävakioiden annetaan muuttua ajan myötä. Parametri α toimii kuin lisäkomponentti gravitaatioyhtälöissä, ja sen vaikutus vastaa pimeän aineen ja energian tuottamiksi tulkittuja ilmiöitä.
Astrofysikaalisella tasolla, jossa niin sanotun tavallisen aineen jakautuminen vaihtelee huomattavasti, α:n aiheuttama lisägravitaatio vaihtelee. Siellä, missä tavallista ainetta on paljon, vaikutus on pienempi, ja harva-aineisilla alueilla suurempi. Näin malli tuottaa tasaiset galaksien rotaationopeudet, jotka havaitaan todellisissa galakseissa. Tähtien on havaittu liikkuvan galaksien ulommissa osissa odotettua nopeammin, mitä on pyritty selittämään pimeällä aineella.
Gupta uskoo, että idea voi ratkaista useita nykykosmologian suuria ongelmia. ”Olemme vuosikausia yrittäneet selittää, miten varhaisen maailmankaikkeuden galaksit muodostuivat niin nopeasti ja kasvoivat niin massiivisiksi”, hän sanoo. ”Meidän mallissamme ei tarvitse olettaa eksoottisia hiukkasia tai rikkoa fysiikan lakeja. Maailmankaikkeuden aikajana vain venyy, melkein kaksinkertaistaen sen iän ja jättäen enemmän aikaa kaikelle, mitä havaitsemme.”
Vuonna 2023 Gupta esitti tutkimuksessa, että maailmankaikkeus olisikin tuplasti luultua vanhempi. Venynyt aikaskaala tekee helpommaksi selittää, miten suuret ja monimutkaiset rakenteet, kuten galaksit ja mustat aukot, saattoivat syntyä niin aikaisin. Teoria voi mullistaa koko käsityksen maailmankaikkeudesta ja viitata siihen, että pimeän aineen hiukkasten etsintä on turhaa.
”Joskus yksinkertaisin selitys on paras. Ehkä maailmankaikkeuden suurimmat salaisuudet eivät olekaan muuta kuin luonnonvakioiden muuttumisen aikaansaamia harhoja”, Gupta päättää.