Για πάνω από 40 χρόνια, οι επιστήμονες έχουν υποστηρίξει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης εκεί έξω. Τα μεγάλα ερωτήματα που ανάγκασαν τους αστρονόμους να υποθέσουν την ύπαρξη της προέκυψαν από τις κινήσεις μέσα στους γαλαξίες, τα σμήνη των γαλαξιών και κατά μήκος του κοσμικού ιστού. Από την βαρυτική της έλξη, μπορούμε να συμπεράνουμε την εξής συνολική μάζα στο Σύμπαν. Το 26.8% της υλοενέργειας είναι σκοτεινή ύλη, το 68.3% σκοτεινή ενέργεια και μόνο το 4.9% είναι η κανονική ύλη.
Η ύλη καθώς και το ενεργειακό περιεχόμενο στο Σύμπαν σήμερα (αριστερά) και παλαιότερα (δεξιά). Πολλαπλές αποδείξεις δείχνουν ότι η κανονική (βαρυονική) ύλη μπορεί να αποτελεί μόνο το 1 / 6ο της συνολικής ύλης στο Σύμπαν, το υπόλοιπο πρέπει να είναι σκοτεινή ύλη.
Ωστόσο, πολλές πηγές υποδεικνύουν ότι μόνο το 15% αυτής της μάζας του Κόσμου μπορεί να είναι βαρυονική-κανονική ύλη. Οι προβλεπόμενες ποσότητες του ηλίου-4, του δευτερίου, του ηλίου-3 και του λιθίου-7, όπως προέβλεπε η πυρηνοσύνθεση στο Big Bang, δείχνουν ότι μόνο το 5% της συνολικής ενεργειακής πυκνότητας και το ~ 15% της συνολικής ύλης, είναι σε μορφή κανονικής ύλης.
Η καμπύλη περιστροφής του σπειροειδούς γαλαξία M33. Αυτές οι καμπύλες περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών εισήγαγαν την έννοια της σκοτεινής ύλης στην αστροφυσική. Η διακεκομμένη καμπύλη θα αντιστοιχούσε σε έναν γαλαξία χωρίς σκοτεινή ύλη, που αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 1% των γαλαξιών.
Οι διακυμάνσεις της πυκνότητας στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) παρέχουν τους σπόρους για τους σχηματισμούς της σύγχρονης κοσμικής δομής, συμπεριλαμβανομένων των άστρων, των γαλαξιών, των σμηνών των γαλαξιών, των νηματίων και της μεγάλης κλίμακας κοσμικών κενών.
Αν υπήρχε περισσότερη κανονική ύλη, τότε θα ήταν διαφορετικά τα εξής φαινόμενα :
- οι ατέλειες της θερμοκρασίας στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο,
- οι συσχετίσεις των γαλαξιών σε μεγάλης κλίμακας δομές,
- και οι αφθονίες των ελαφρών στοιχείων,
Πολλοί αστροφυσικοί, παρόλα αυτά, αναρωτήθηκαν: θα μπορούσε η κανονική ύλη να κρύβεται εντελώς από εμάς κάπου εκεί έξω, χωρίς να υπάρχει η ανάγκη για την παρουσία της σκοτεινής ύλης;
Μια απεικόνιση μιας φέτας του κοσμικού ιστού, όπως φαίνεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Το στοιχείο που λείπει που μπορούμε να εντοπίσουμε μέσω ηλεκτρομαγνητικών σημάτων είναι η κανονική ύλη μόνη της. η σκοτεινή ύλη δεν επηρεάζεται.
Οι επιστήμονες θέλησαν να μετρήσουν λοιπόν όλη την κανονική ύλη στο Σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων των άστρων, των πλανητών, του αερίου, της σκόνης και πολλών άλλων.
Ένας τρισδιάστατος, ανακατασκευασμένος χάρτης της συνολικής κατανομής μάζας στον Κόσμο. Έπρεπε για να φτιαχτεί να επινοηθούν νέες τεχνικές αναζήτησης για να ανακαλύψουν πού, και πόση κανονική ύλη είναι πράγματι τελικά εκεί έξω.
Οι έρευνες έδειξαν τελικά ότι μόνο ~ 20% της ύλης ήταν μέσα στους γαλαξίες και τα σμήνη. ενώ περίπου άλλο ένα 35% βρέθηκε κατά μήκος νηματίων και στα κοσμικά κενά.
Ο σχηματισμός της κοσμικής δομής, τόσο στις μεγάλες κλίμακες όσο και στις μικρές κλίμακες, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πώς αλληλεπιδρά η σκοτεινή ύλη και η φυσιολογική ύλη. Παρά τις έμμεσες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη, είναι ζωτικής σημασίας να υπολογίσουμε όλη την κανονική ύλη και να βεβαιωθούμε ότι δεν μπορεί να υπάρχει και άλλη κανονική ύλη κρυμμένη κάπου εκεί έξω, που να συμπληρώνει την χαμένη – ελλείπουσα μάζα του Κόσμου.
Ανακαλύφθηκε ακόμα, ότι σχεδόν το ήμισυ της κανονικής ύλης που μας λείπει από τον λογαριασμό, υποτίθεται ότι κρύβεται στο καυτό διαγαλαξιακό πλάσμα, που ονομάζεται καυτό-θερμό διαγαλαξιακό μέσο (WHIM).
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το παρατηρητήριο XMM-Newton της ESA (κάτω δεξιά) για την ανίχνευση του WHIM. Το λευκό τετράγωνο περικλείει τη νηματοειδή δομή του θερμού αερίου που αντιπροσωπεύει μέρος του WHIM. Βασίζεται σε μια κοσμολογική προσομοίωση που εκτείνεται σε περισσότερα από 200 εκατομμύρια έτη φωτός. Οι κόκκινες και πορτοκαλί περιοχές έχουν υψηλότερες πυκνότητες και οι πράσινες περιοχές έχουν χαμηλότερες πυκνότητες. Η ανίχνευση οξυγόνου είναι ο τρόπος με τον οποίο ανασυντάχθηκε η αφθονία βαρυονίων.
Οι επιστήμονες ανακοίνωσαν τα τελικά στοιχεία για το καυτό-θερμό τμήμα του WHIM, με τη βοήθεια παρατηρήσεων σε κβάζαρ, που ακριβώς ήταν στα προβλεπόμενα ποσά. Αν τα αποτελέσματα αυτά είναι καθολικά, το μυστήριο λύνεται: έχει βρεθεί η ελλείπουσα φυσιολογική ύλη.
Με την εξέταση των άστρων, της σκόνης και του αερίου στους γαλαξίες και τα σμήνη, οι επιστήμονες βρήκαν μόνο το 18% της κανονικής ύλης. Αλλά με την επισκόπηση του διαγαλαξιακού χώρου, συμπεριλαμβανομένων των νηματίων και των κοσμικών κενών, οι επιστήμονες δεν βρήκαν μόνο αέριο, αλλά ιονισμένα πλάσματα όλων των θερμοκρασιών, που μας οδήγησαν στο 100% των αναμενόμενων ποσοτήτων της κανονικής ύλης. Δεν υπάρχει λοιπόν άλλη βαρυονική κρυμμένη ύλη. Και επομένως η σκοτεινή ύλη είναι απολύτως απαραίτητη.
Το τελικό συμπέρασμα; Η σκοτεινή ύλη είναι απολύτως απαραίτητη.
