Αστροφυσική, Διάστημα Θεωρίες φυσικής

Ο δορυφόρος Kepler μπορεί να βρει αν οι αρχέγονες μαύρες τρύπες αποτελούν την σκοτεινή ύλη

Written by physics4u

Ο πρωταρχικός στόχος του δορυφόρου Kepler της NASA , που τέθηκε το Μάρτιο του 2009 σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, είναι να ψάξει για πλανήτες σαν τη Γη σε ένα τμήμα του Γαλαξία μας. Αλλά τώρα μια ομάδα φυσικών πρότεινε ότι ο Kepler θα μπορούσε να έχει και ένα δεύτερο στόχο αρκετά ελκυστικό: είτε να ανιχνεύει είτε να αποκλείει αρχέγονες μαύρες τρύπες (PBHs) με ένα συγκεκριμένο εύρος μάζας ως το κύριο συστατικό της σκοτεινής ύλης.

Share

Ο πρωταρχικός στόχος του δορυφόρου Kepler της NASA , που τέθηκε το Μάρτιο του 2009 σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, είναι να ψάξει για πλανήτες σαν τη Γη σε ένα τμήμα του Γαλαξία μας. Αλλά τώρα μια ομάδα φυσικών πρότεινε ότι ο Kepler θα μπορούσε να έχει και ένα δεύτερο στόχο αρκετά ελκυστικό: είτε να ανιχνεύει είτε να αποκλείει αρχέγονες μαύρες τρύπες (PBHs) με ένα συγκεκριμένο εύρος μάζας ως το κύριο συστατικό της σκοτεινής ύλης.

star-cluster-NGC6791 Μια εικόνα που τράβηξε ο δορυφόρος Kepler του αστρικού σμήνους NGC 6791, που βρίσκεται 13.000 έτη φωτός από τη Γη. Η εικόνα έχει χρωματική κωδικοποίηση, ώστε να φαίνονται τα φωτεινότερα αστέρια σαν λευκά, και τα πιο αμυδρά αστέρια σαν κόκκινο

Ο Kim Griest του Πανεπιστημίου στο Σαν Ντιέγκο με τους συνεργάτες του έχουν δημοσιεύσει τη μελέτη τους σχετικά με τη χρήση του Kepler για την ανίχνευση PBH σαν σκοτεινή ύλη σε ένα πρόσφατο τεύχος του Physical Review Letters.

“Η φύση της σκοτεινής ύλης είναι ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα σε όλη την επιστήμη και έτσι η απάντηση θα είναι εξαιρετική”, αναφέρει ο Griest. “Αν αποδειχθεί ότι είναι αρχέγονες μαύρες τρύπες, τούτο θα είναι εντελώς συναρπαστικό και όλοι θα θέλουν να καταλάβουν αυτό που συνέβη στις απαρχές του σύμπαντος που τις δημιούργησε. Εάν δεν βρεθεί κάτι, τότε θα εξαλειφθεί ένας σημαντικός υποψήφιος, αλλά δεν θα είναι και τόσο συναρπαστικό. “

Όπως εξηγούν οι επιστήμονες, οι PBHs έχουν θεωρηθεί ως υποψήφια συστατικά για τη σκοτεινή ύλη από το 1970. Αυτές οι μαύρες τρύπες πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια του πρώιμου σύμπαντος από διαταραχές της πυκνότητας, που μπορεί να είχε προκύψει από μια ποικιλία παραγόντων, όπως ο πληθωρισμός, αλλαγές φάσης, και ενδεχομένως ακόμη και την κατάρρευση βρόχων χορδών. Επειδή δεν υπάρχει ενιαία θεωρία για το πώς σχηματίστηκαν οι PBHs, οι επιστήμονες δεν ξέρουν πόση μάζα θα έχουν. Ωστόσο, μια προηγούμενη πειραματική και θεωρητική εργασία έχει εξαλείψει το μεγαλύτερο εύρος της μάζας των PBH, συμπεριλαμβανομένου σχεδόν όλου του φάσματος μάζας από 10-18 έως 1016 ηλιακές μάζες, με εξαίρεση το εύρος μάζας μεταξύ 10-13 και 10-7 ηλιακές μάζες. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτές τις 5 τάξεις μεγέθους σαν “παράθυρο PBH σκοτεινής ύλης .”

Στην παρούσα μελέτη, ο Griest και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι τα δεδομένα του Kepler θα μπορούσαν δυνητικά να αποκλείσουν ένα σημαντικό μέρος αυτού του παραθύρου. Επί του παρόντος, το φωτόμετρο του Κέπλερ μετρά την ένταση του φωτός των άστρων – περίπου 150.000 διαφορετικά άστρα κάθε 30 λεπτά. Κατά την ανάλυση των δεδομένων, οι επιστήμονες ψάχνουν για συγκεκριμένες διακυμάνσεις στο φως των άστρων, ή την αστρική ροή, δεδομένου ότι η μείωση της θα μπορούσε να σηματοδοτήσει έναν διελαύνοντα πλανήτη στο μέγεθος της Γης μπροστά από το άστρο.

Στη μελέτη τους, οι φυσικοί έχουν δείξει ότι το φωτόμετρο του Kepler θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μικρών ποσών βαρυτικού εστιασμού, (microlensing), που είναι η κάμψη του φωτός των άστρων καθώς αυτό ταξιδεύει μέσω του γειτονικού διαστήματος. Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, η κάμψη αυτή οφείλεται στην βαρύτητα μιας αόρατης μάζας που λειτουργεί σαν «φακός» και βρίσκεται μεταξύ της φωτεινής πηγής (το άστρο) και του παρατηρητή (δορυφόρος). Αυτός ο φακός θα μπορούσε να είναι μία PBH ή άλλος τύπος Συμπαγούς Αντικείμενου σαν Φωτοστέφανο (MACHO), καθώς και μίνι φωτοστέφανα, τα οποία είναι υποψήφια σκοτεινή ύλη.

“Τα PBHs στην πραγματικότητα είναι απλά μια μορφή MACHOs,” εξήγησε ο Griest. “Στο εύρος της μάζας που είμαστε ευαίσθητοι, νομίζω ότι τα PBHs είναι ο πιο πιθανός υποψήφιος MACHO, αλλά δεν θα είμαστε σε θέση να πούμε αν θα ήταν μη τοπολογικά αντικείμενα σολιτόνια, που είναι μια άλλη μορφή των MACHO.”

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των επιστημόνων, ο δορυφόρος Κέπλερ μπορούσε να ανιχνεύσει γεγονότα μικροεστιασμού (microlensing), που προκλήθηκαν από μάζες στην περιοχή μεταξύ 5 x 10-10 και 10-4  ηλιακές μάζες, κάτι που σημαίνει ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να αποκλείσει περίπου το 40% της μάζας του παράθυρου των PBH σαν την σκοτεινή ύλη , αν αυτό δεν εντοπίσει τίποτα. Αν κάνει ανίχνευση γεγονότων μικροεστιασμού, τότε φυσικά οι συνέπειες θα ήταν πολύ πιο συναρπαστικές: οι αρχέγονες μαύρες τρύπες PBH θα μπορούσαν να είναι η σκοτεινή ύλη.

«Κανείς δεν περιμένει πραγματικά να λυθεί ένα τόσο μεγάλο πρόβλημα που δεν έχει βρεθεί η εξήγηση του για περισσότερα από 50 χρόνια τώρα», δήλωσε ο Griest. “Έτσι, η σκεπτική επιστημονική πλευρά μου λέει πως πιθανότατα θα αποκλειστεί κάποια παράμετρος. Οι αναζητήσεις για σωματίδιο σκοτεινής ύλης στον επιταχυντή LHC, κλπ., έχουν μέχρι στιγμής καταλήξει σε άδεια χέρια, γι ‘αυτό πιστεύω ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες  PBHs γίνονται όλο και πιο πιθανές ως υποψήφια σώματα σκοτεινής ύλης. “

Παρά το γεγονός ότι άλλες έρευνες μικροεστιασμού έχουν εξετάσει δεκάδες εκατομμύρια άστρων εδώ και πολλά χρόνια, οι επιστήμονες εξηγούν ότι ο Κέπλερ μπορεί να προσφέρει ισχυρότερα όρια για την σκοτεινή ύλη στο συγκεκριμένο εύρος μάζας, από ό,τι οι προηγούμενες έρευνες. Τα πλεονεκτήματα του Κέπλερ προκύπτουν από την εξαιρετική ακρίβεια του φωτόμετρου της, που επιτρέπει να ανιχνευθούν πολύ μικρές μεγεθύνσεις.

Ο Griest και οι συνεργάτες του έχουν ήδη αρχίσει την εξέταση των δεδομένων του Κέπλερ, που είναι διαθέσιμα στο κοινό. Η ανάλυση των δεδομένων δεν θα είναι τόσο απλή, δεδομένου ότι απαιτεί την κατανόηση πολύπλοκων στοιχείων κάμψης του φωτός, την κατανόηση ψευδώς θετικών γεγονότων και τέλος γεγονότων υποβάθρου (όπως οι αστρικές εκλάμψεις), καθώς και η χρήση αυστηρών κριτηρίων επιλογής.

Πηγή: PhysOrg

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share