Ένα υπολογιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο για την Αστροφυσική Max-Planck, στοχεύει να μας αποκαλύψει πού θα βρούμε την σκοτεινή ύλη, που κρατά ενωμένους τόσο τους γαλαξίες όσο και τα σμήνη των γαλαξιών.
Ο αστροφυσικός Volker Springel τού Ινστιτούτου Max Planck, δημιούργησε ένα Σύμπαν το οποίο έχει την μορφή ενός ζαριού και μέσα του βρίσκονται περίπου 20 εκατομμύρια γαλαξίες.
Δεξιά: Το σμήνος 1E 0657-56 (Bullet Cluster) σχηματίστηκε από τη σύγκρουση δύο ξεχωριστών σμηνών πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Από αυτή τη σύγκρουση διαχωρίστηκε η ορατή ύλη (τα δύο κόκκινα σφαιρικά νέφη δεξιά και αριστερά) από την σκοτεινή ύλη (οι δύο μπλε περιοχές).
Μας λένε ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν αφήνει ίχνη. Και όμως είναι πάντα εδώ, διαπερνώντας τη Γη αλλά και από εμάς: Παρόλο που φαίνεται να μην έχουν καμιά άμεση επίδραση πάνω μας, και μέχρι τώρα δεν έχουν αυτή την εξουσία, δεν θα υπήρχαμε χωρίς αυτά.
Ο Volker Springel του Ινστιτούτου Max Planck για την Αστροφυσική δήλωσε: “Δεν θα υπήρχαν γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του Γαλαξία μας, επειδή η σκοτεινή ύλη έλκει την κανονική ύλη. Αέρια, όπως το υδρογόνο και το ήλιο συμπυκνώνονται ώστε τελικά να σχηματιστούν τα αστέρια. Όμως, η έλξη της σκοτεινής ύλης πάνω στην κανονική εξασφαλίζει, επίσης, ότι το ηλιακό μας σύστημα δεν θα εκσφενδονιστεί μακριά από τον ταχύτατα περιστρεφόμενο Γαλαξία.
Μια προσομοίωση της δημιουργίας των γαλαξιών και των σμηνών ενός σύμπαντος εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
Τι γνωρίζουμε για την σκοτεινή ύλη; Η σκοτεινή ύλη είναι, τρόπον τινά, η κόλα του σύμπαντος, είναι τα 5/6 της συνολικής μάζας. Αυτό το γεγονός το ξέρουν οι αστρονόμοι πάνω από 75 χρόνια τώρα. Ο τρόπος με τον οποίο κινούνται οι γαλαξίες και πως το φως εκτρέπεται αποδεικνύει ότι η τεράστια, αόρατη ύλη υπάρχει σε μεγάλη συγκέντρωση.
Ακτίνες γάμμα ως ένα καυτό ίχνος της σκοτεινής ύλης
Το κυνήγι για μια άμεση απόδειξη της ύπαρξης τους θα χρειαστεί δεκαετίες για να τελειώσει και είναι ήδη απογοητευτικό. Επειδή, σαν το φάντασμα, η φωτογραφία του απλά δεν έχει σημασία. Υπάρχουν πολλές θεωρίες για τον τρόπο με τον οποίο είναι κατασκευασμένη. “Πιστεύουμε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια», λέει ο ο Springel. Υπάρχουν δύο κύρια ύποπτα σωματίδια : Το νετραλίνο, ένα πολύ βαρύ σωματίδιο, καθώς και τα αξιόνια, που αντιθέτως, είναι πολύ ελαφριά. Πολλοί αστροφυσικοί ευνοούν το νετραλίνο (δηλαδή το μοντέλο των WIMPs)
Και εδώ, οι επιστήμονες μπορούν να έχουν ένα καυτό ίχνος τους, γιατί αν τα νετραλίνο έρθουν πολύ κοντά, εξαϋλώνονται τα σωματίδια μεταξύ τους. Εν συνεχεία από την εξαΰλωση δημιουργείται μια λάμψη ακτίνων-γ. Ο δορυφόρος Fermi της NASA που βρίσκεται σε τροχιά έχει ένα τηλεσκόπιο που μπορεί να ανιχνεύσει αυτές τις ακτίνες γάμμα – μετά από αυτές τις εξαϋλώσεις. Το ερώτημα όμως είναι: Πού είναι καλύτερα να πάμε για την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης;
Ο Volker Springel και μια διεθνής ερευνητική ομάδα έχουν δημιουργήσει ένα μοντέλο το οποίο απαντά σε αυτό το ερώτημα. Το πρόγραμμα προσομοιώνει το σχηματισμό του Γαλαξία. “Μας επιτρέπει, να καθοριστεί με ακρίβεια η κατανομή της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία”, λέει ο αστροφυσικός.
“Υπάρχει η λεγόμενη Άλως (φωτοδτέφανο), που είναι μια πολύ μεγάλη μπάλα σκοτεινής ύλης”, εξηγεί. “Στη μέση βρίσκεται ο τροχός με τα άστρα. Η άλως περιέχει πολλές μικρές συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης, που ονομάζονται θρόμβοι. Εδώ η πυκνότητα των σωματιδίων είναι πολύ υψηλή, καθώς και η φωτεινότητα της ακτινοβολίας γάμμα από την εξαΰλωση αυξάνει. “Έχουμε υπολογίσει ακριβώς που βρίσκονται οι συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία”, τονίζει ο Springel. “Έτσι ώστε να μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα χάρτη, το πόση ακτινοβολία γάμμα, αναμένουμε προς κάθε χωρική κατεύθυνση.”
Υπολογιστικό μοντέλο
Ερευνητές εδώ και καιρό συζητούν για το αν θα ήταν καλύτερα να ψάχνουν την σκοτεινή ύλη στο κέντρο του γαλαξία ή στην άκρη του για να την δουν, εκεί όπου είναι πολλά από τους ‘θρόμβους’. “Έχουμε δει ότι είναι καλύτερα να σαρώσουμε το γαλαξιακό κέντρο”, διευκρινίζει ο Springel. Εδώ η πιθανότητα για την ανίχνευση της ακτινοβολίας γάμμα, είναι 100 φορές μεγαλύτερη, λένε οι ερευνητές στο περιοδικό “Nature”.
Οι ερευνητές δεν θα κοιτάξουν ακριβώς το κέντρο του Γαλαξία για να δουν κάποιο σήμα. Το σήμα θα μπορούσε να ανακατευτεί με ακτίνες-γ από άλλες πηγές, όπως από τα αέρια νέφη μέσα στα οποία σχηματίζονται τα αστέρια.. Οι ερευνητές λοιπόν συνιστούν να ψάξουμε, 10 έως 30 μοίρες από το κέντρο.Η σκοτεινή ύλη θα πρέπει να υπάρχει με ένα χαρακτηριστικό μοτίβο λάμψης.
Ο υπερυπολογιστής εργάστηκε για τέσσερις μήνες
“Ήταν η μεγαλύτερο προσομοίωση που έγινε ποτέ”, λέει ο αστροφυσικός. “Με ένα κανονικό PC θα χρειαζόμαστε περίπου 400 χρόνια.” Ο υπερυπολογιστής που βρίσκεται στο Garching έφτιαξε το μοντέλο μέσα σε τέσσερις μήνες.
Στο σύμπαν – μοντέλο αρχικά κυριαρχούσε ηρεμία, ώσπου οι επιστήμονες δημιούργησαν μικρές διαταραχές, σαν κι αυτές που εμφανίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το νεαρό σύμπαν άρχισε να ταλαντώνεται ενώ από κάποια στιγμή επέδρασε η βαρυτική δύναμη, που οδήγησε την ύλη σε μαζικούς σχηματισμούς γαλαξιών και άστρων.
Τα ταχύτητα της προσομοίωσης είναι χαρακτηριστική: κάθε τρία λεπτά το τεχνητό σύμπαν μεγαλώνει κατά ένα εκατομμύριο χρόνια. Με αυτό τον τρόπο, το αρχικό νέφος μεταμορφώνεται σε ένα εντυπωσιακό δίκτυο, το οποίο θυμίζει τα νευρωνικά δίκτυα τού ανθρώπινου εγκεφάλου.
Στο δίκτυο αυτό διακρίνονται λαμπερές κουκκίδες που αντιστοιχούν σε γαλαξίες που ο καθένας περιέχει εκατοντάδες δισεκατομμυρίων άστρων.
Η έρευνα στο μοντέλο αυτό για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης έδειξε ότι αν χρησιμοποιούσαν τα WIMPs (τα νετραλίνα), τότε το Σύμπαν που δημιουργήθηκε στο μοντέλο έχει πολύ μεγάλη ομοιότητα με το δικό μας.
Φυσικά το γεγονός αυτό ενισχύει το μοντέλο των WIMPs χωρίς να αποτελεί τελική απόδειξη για την ύπαρξη τους (Wimps).
Στα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν φάνηκε και μια διαφορά με το δικό μας σύμπαν. Σε ένα επιλεγμένο τμήμα τού σύμπαντος αυτού φαίνεται ότι γαλαξίες που έχουν ίδιο μέγεθος με τον δικό μας, περιτριγυρίζονται από σμήνη πολυάριθμων μίνι γαλαξιών. Κάτι που δεν έχει παρατηρηθεί τουλάχιστον στο πραγματικό Σύμπαν.
Ακόμη και αν η αναζήτηση είναι πλέον καθαρή, είναι πιθανόν να χρειαστούμε ακόμη ένα ή δύο χρόνια έως ότου ο δορυφόρος Fermi της NASA συλλέξει αρκετά στοιχεία για να βρεθούν τα σωματίδια φάντασμα. Λόγω του ότι η ακτινοβολία είναι πολύ ασθενής.
“Θα ήταν μια εξαιρετικά σημαντική ανακάλυψη”, υποστηρίζει ο Springel. Το “85% της ύλης είναι άγνωστη. Θα ήταν λοιπόν σημαντικό να γνωρίζουμε τι είναι στην πραγματικότητα. “
Πηγή: FOCUS-Online – Der Spiegel
Leave a Comment