Αστροφυσική, Διάστημα

Ίσως η «σκοτεινή ύλη» να μην υπάρχει, σύμφωνα με νέα έρευνα

Written by Δ.Μ.

Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι, οι φυσικοί και οι κοσμολόγοι θεωρούν ότι το σύμπαν είναι γεμάτο με ένα εξωτικό υλικό που ονομάζεται «σκοτεινή ύλη», το οποίο εξηγεί την αλλόκοτη βαρυτική συμπεριφορά των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών. Η σκοτεινή ύλη, σύμφωνα με τα μαθηματικά μοντέλα, αποτελεί τα 3/4 όλης της ύλης στο σύμπαν. Αλλά δεν την έχουμε δει ποτέ ούτε έχει εξηγηθεί πλήρως. Και ενώ η σκοτεινή ύλη έχει γίνει η επικρατούσα θεωρία για να εξηγήσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος, ορισμένοι επιστήμονες έχουν αναζητήσει εναλλακτικές εξηγήσεις για το γιατί οι γαλαξίες συμπεριφέρονται σαν να έχουν όχι μόνο την ορατή, αλλά και μία αόρατη ύλη σαν συστατικό τους.

Share

Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι, οι φυσικοί και οι κοσμολόγοι θεωρούν ότι το σύμπαν είναι γεμάτο με ένα εξωτικό υλικό που ονομάζεται «σκοτεινή ύλη», το οποίο εξηγεί την αλλόκοτη βαρυτική συμπεριφορά των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών. Η σκοτεινή ύλη, σύμφωνα με τα μαθηματικά μοντέλα, αποτελεί τα 3/4 όλης της ύλης στο σύμπαν. Αλλά δεν την έχουμε δει ποτέ ούτε έχει εξηγηθεί πλήρως. Και ενώ η σκοτεινή ύλη έχει γίνει η επικρατούσα θεωρία για να εξηγήσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος, ορισμένοι επιστήμονες έχουν αναζητήσει εναλλακτικές εξηγήσεις για το γιατί οι γαλαξίες συμπεριφέρονται σαν να έχουν όχι μόνο την ορατή, αλλά και μία αόρατη ύλη σαν συστατικό τους.

Bullet_cosmic_collision

Παρατηρήσεις απομακρυσμένων γαλαξιών έχουν δει σημάδια για μια τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας που θα μπορούσε να μας απαλλάξει από την παρουσία της αόρατης, άυλης και παντού διεισδυτικής σκοτεινής ύλης.

Τώρα, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων λέει ότι έχει βρει νέα στοιχεία ότι ίσως η σκοτεινή ύλη δεν υπάρχει τελικά.

Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο στο Astrophysical Journal, οι επιστήμονες εκεί αναφέρουν μικροσκοπικές αποκλίσεις στις τροχιακές ταχύτητες των  απομακρυσμένων αστεριών, που πιστεύουν ότι αποκαλύπτουν μία εξασθένηση της βαρύτητας του Νεύτωνα  – και ίσως αυτό θα μπορούσε να θέσει τέρμα στις επικρατούσες ιδέες περί ύπαρξης της σκοτεινής ύλης.

Η μελέτη υποδηλώνει ότι μια ατελής επιστημονική κατανόηση της βαρύτητας βρίσκεται πίσω από αυτό που φαίνεται να είναι η βαρυτική δύναμη των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών, κι όχι τα τεράστια νέφη της σκοτεινής ύλης.

Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι μία καθαρά μαθηματική υπόθεση και όχι μία αόρατη ύλη, θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι γαλαξίες συμπεριφέρονται όπως κάνουν, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Stacy McGaugh, ο οποίος είναι επικεφαλής του τμήματος αστρονομίας στο Case Western Reserve στο Κλίβελαντ.

Η νέα έρευνα αναφέρει ότι σημάδια μιας εξασθενημένης βαρυτικής παλίρροιας, γνωστή ως «φαινόμενο εξωτερικού πεδίου» ή EFE, μπορούν να παρατηρηθούν στατιστικά στις τροχιακές ταχύτητες των αστεριών σε περισσότερους από 150 γαλαξίες.

Οι συγγραφείς λένε ότι το αποτέλεσμα δεν μπορεί να εξηγηθεί από τις θεωρίες της σκοτεινής ύλης, αλλά προβλέπεται από την τροποποιημένη θεωρία δυναμικής της Νεύτωνα ή MOND.

«Αυτό που πραγματικά λέμε είναι ότι υπάρχουν απολύτως αποδεικτικά στοιχεία για μια απόκλιση», δήλωσε ο McGaugh. “Αυτό που βλέπετε δεν είναι αυτό που παίρνετε, αν το μόνο που γνωρίζετε είναι ο Νεύτωνας και ο Αϊνστάιν.”

Οι αστρονόμοι υπέθεσαν εδώ και πολύ καιρό ότι τα αστέρια περιστρέφονταν γύρω από τα κέντρα των γαλαξιών σε ταχύτητες που προβλέπονται από τη θεωρία της βαρύτητας που διατυπώθηκε από τον Άγγλο φυσικό και μαθηματικό Isaac Newton πριν από περισσότερα από 300 χρόνια.

Ο Νεύτωνας βασίστηκε στη θεωρία του ότι τα αντικείμενα προσελκύουν το ένα το άλλο με μια δύναμη που ποικίλλει ανάλογα με τη μάζα τους στις παρατηρήσεις των τροχιών των πλανητών. Με βελτιώσεις από τις θεωρίες του Albert Einstein, αυτή η θεωρία παραμένει εκπληκτικά ακριβής.

Coma-Cluster

Το Σμήνος Coma (Coma Cluster) των γαλαξιών που απεικονίζεται ανωτέρω είναι ένα από τις πιο γνωστές πυκνότερες ομάδες – που περιέχει χιλιάδες γαλαξίες. Σχεδόν κάθε αντικείμενο της παραπάνω φωτογραφίας είναι ένας γαλαξίας. Κάθε ένας από αυτούς τους γαλαξίες φιλοξενεί δισεκατομμύρια αστέρια – ακριβώς όπως ο δικό μας Γαλαξίας.

Ωστόσο, οι παρατηρήσεις του σμήνους των γαλαξιών  Coma τη δεκαετία του 1930 από τον Ελβετό αστρονόμο Fritz Zwicky, που τότε εργαζόταν στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, διαπίστωσαν ότι υπόκεινται σε μεγαλύτερες από τις αναμενόμενες βαρυτικές δυνάμεις – ένα αποτέλεσμα που αποδόθηκε στην “σκοτεινή (ψυχρή) ύλη”

Όταν οι Αμερικανοί αστρονόμοι Βέρα Ρούμπιν και Κεντ Φορντ βρήκαν ανωμαλίες στις τροχιές των αστεριών στους γαλαξίες τη δεκαετία του 1970, πολλοί επιστήμονες θεωρούσαν ότι προκλήθηκαν από μάζες αόρατης «σκοτεινής ύλης» μέσα και γύρω από τους γαλαξίες και από τότε η ιδέα κυριαρχούσε στην αστροφυσική.

Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 85% όλης της ύλης στο σύμπαν. Λέγεται ότι αλληλεπιδρά με το φως και την ορατή ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας και εξηγεί τις παρατηρούμενες ανωμαλίες στους απομακρυσμένους γαλαξίες.

Αλλά δεν την έχει δει κανείς ποτέ, και μέχρι στιγμής κανείς δεν έχει εξηγήσει πλήρως τι μπορεί να είναι, αν και οι υποψήφιοι της σκοτεινής ύλης περιλαμβάνουν σωματίδια με μάζα που αλληλεπιδρούν ασθενώς, ή WIMPS, αρχέγονες μαύρες τρύπες και νετρίνα .

Η θεωρία MOND διαμορφώθηκε τη δεκαετία του 1980 από έναν Ισραηλινό φυσικό, Mordehai Milgrom, για να εξηγήσει τις παρατηρούμενες αποκλίσεις χωρίς την παρουσία σκοτεινής ύλης.

Προτείνει ότι η βαρύτητα προκαλεί μια πολύ μικρή επιτάχυνση, που δεν προβλέπεται από τους Newton και Einstein, σε τόσο χαμηλά επίπεδα που μπορεί να φανεί μόνο σε αντικείμενα μεγέθους γαλαξία.Και θα σήμαινε ότι δεν απαιτείται η εξήγηση από μία σκοτεινή ύλη.

Μέχρι στιγμής, η MOND έχει επιβιώσει από πολλές επιστημονικές δοκιμές – αν και πολλοί επιστήμονες λένε ότι δεν μπορεί να εξηγήσει τις παρατηρήσεις του σμήνους Bullet των γαλαξιών που συγκρούονται, για παράδειγμα.

Ο McGaugh παραδέχεται ότι η MOND είναι μια μειοψηφική άποψη στην αστροφυσική και ότι οι περισσότεροι επιστήμονες ευνοούν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης – μια ιδέα που ευνόησε και τον εαυτό του, μέχρι που άρχισε να αλλάζει γνώμη πριν από περίπου 25 χρόνια.

«Κάποτε θα έλεγα τα ίδια πράγματα: είναι απολύτως αποδεδειγμένο ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη, μην ανησυχείτε για αυτό», είπε.

Ωστόσο, πολλές από τις προβλέψεις της MOND τις έχουν δει σε αστρονομικές παρατηρήσεις και η τελευταία έρευνα (Δεκεμβρίου 2020) είναι ένα ακόμη στοιχείο για αυτό, είπε.

«Η MOND είναι η μόνη θεωρία που πέτυχε με αυτόν τον τρόπο», είπε ο McGaugh. «Είναι η μόνη θεωρία που συνήθως βλέπει όλες τις προβλέψεις της να γίνονται πραγματικότητα».

Η νέα έρευνα εγείρει «ένα πολύ ενδιαφέρον ζήτημα», δήλωσε ο Matthias Bartelmann , καθηγητής θεωρητικής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

«Μπορεί η σκοτεινή ύλη να εξηγηθεί από έναν διαφορετικό νόμο βαρύτητας; Θα ήταν πιο σημαντικό για την κοσμολογία, καθώς και για τη φυσική των σωματιδίων, αν μπορούσε », έγραψε σε ένα email.

Έχει, ωστόσο, αμφιβολίες ότι το «εξωτερικό πεδίο» που αναφέρεται στη νέα έρευνα είναι πραγματικά μια μοναδική πρόβλεψη της MOND και ότι δεν μπορεί να εξηγηθεί από κάποιες ανταγωνιστικές θεωρίες.

Και δεδομένου ότι η θεωρία MOND διαμορφώθηκε για να εξηγήσει τις περιστροφικές αποκλίσεις στους γαλαξίες, η δοκιμή της στους γαλαξίες αναμένεται να επιστρέψει πειστικά αποτελέσματα. Αντ ‘αυτού, η τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας MOND έπρεπε να δοκιμαστεί επιτυχώς σε άλλα αντικείμενα, όπως τα σμήνη γαλαξιών, ανέφερε.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share