Η ενέργεια που απαιτείται για να μετατραπεί ένα αστέρι νετρονίων σε ένα παράξενο αστέρι, μπορεί να προέλθει από την εξαΰλωση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης. Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας νέας μελέτης από φυσικούς στην Ισπανία, το Ηνωμένο Βασίλειο και τις ΗΠΑ, η οποία προτείνει ότι αυτός ο μηχανισμός μετατροπής μπορεί να είναι ένας καλός τρόπος για να τεθεί ένα κατώτατο όριο για τη μάζα των σωματιδίων ασθενώς αλληλεπιδρώντων με μάζα (WIMPs), το κυριότερο υποψήφιο σωματίδιο για τη σκοτεινή ύλη.
Άστρα με παράξενα κουάρκ απέναντι από άστρα νετρονίων
Μόλις τελειώσουν τα πυρηνικά καύσιμα τους, τα αστέρια κάτω από μια ορισμένη μάζα καταρρέουν για να σχηματίσουν τα άστρα νετρονίων. Αυτά τα απίστευτα πυκνά αντικείμενα αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από νετρόνια, αφού η βαρυτική κατάρρευση ανάγκασε τόσο τα πρωτόνια όσο και τα ηλεκτρόνια να συγχωνευθούν. Έχει προταθεί, ωστόσο, ότι αν υπάρχει κάποια πηγή πρόσθετης ενέργειας, τότε τα άστρα νετρονίων μπορεί να μετατραπούν σε παράξενα αστέρια, τα αντικείμενα που αποτελούνται από παράξενη ύλη – μια σούπα δεσμευμένων πάνω, κάτω και παράξενων κουάρκ.
Η ιδέα είναι ότι η προσθήκη αυτής της ενέργειας σε ορισμένο περιορισμένο όγκο του αστέρα νετρονίων θα ξεκλειδώσει τα πάνω και κάτω κουάρκ που περιορίζονται στο εσωτερικό των νετρονίων. Μερικά από αυτά τα κουάρκ στη συνέχεια θα μετατραπούν με φυσικό τρόπο σε παράξενο κουάρκ, παράγοντας έτσι μια περιοχή με παράξενη ύλη γνωστή ως strangelet. Εάν, όπως έχει υποτεθεί, η παράξενη ύλη είναι στην πραγματικότητα πιο σταθερή από την κανονική, πυρηνική, ύλη αυτή θα έχει μια χαμηλότερη ενέργεια. Η περίσσεια της ενέργειας που εκπέμπεται από τη μετατροπή της κανονικής ύλης σε παράξενη ύλη ξεκλειδώνει τότε περισσότερα πάνω και κάτω κουάρκ, οδηγώντας έτσι στη δημιουργία περισσότερης strangelets.
Το αποτέλεσμα είναι μία διαδικασία χωρίς τέλος που είναι σε θέση να μετατρέψει ένα ολόκληρο αστέρι νετρονίων σε παράξενη ύλη μέσα σε ένα δευτερόλεπτο ή και λιγότερο.
"Το αστέρι νετρονίων είναι μετασταθές, σαν κάποιος που βρίσκεται σε μια άκρη στο βουνό”, εξηγεί ο Joseph Silk του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης ο οποίος συμμετείχε στις εργασίες. "Ακριβώς όπως μια μικρή κλωτσιά μπορεί να σπρώξει ένα άτομο από το περβάζι και να τα στείλει στο κάτω μέρος του βουνού, έτσι και λίγη ενέργεια είναι αρκετή για να μετατρέψει ένα αστέρι νετρονίων σε ένα παράξενο αστέρι."
Υπάρχει άραγε η παράξενη ύλη;
Ενώ δεν υπάρχουν σαφείς ενδείξεις ότι υπάρχει πράγματι η παράξενη ύλη, η παρατήρηση των εξαιρετικά σύντομων αλλά εξαιρετικά φωτεινών εκρήξεων ακτίνων γάμμα από το διάστημα, υποδηλώνει την ύπαρξη των παράξενων άστρων. Οι ερευνητές πρότειναν ότι η τεράστια ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή μιας έκρηξης ακτίνων-γ μπορούσε να προέλθει από τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας, αλλά ο μεγάλος αριθμός των σωματιδίων της κανονικής ύλης που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα θα μπορούσε να απορροφήσει ένα μεγάλο μέρος αυτής της ενέργειας. Η μετατροπή ενός άστρου νετρονίων σε ένα παράξενο αστέρι, όμως, θα μπορούσε να παρέχει την απαιτούμενη τούτη ενέργεια, αλλά χωρίς την περιβάλλουσα ύλη.
Ωστόσο, αυτό το σενάριο αφήνει αναπάντητο το ερώτημα από πού παίρνει την αρχική σπίθα της ενέργειας το άστρο νετρονίων. Μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει ότι προέρχεται απλά από την ενέργεια της κατάρρευσης ή από πολύ υψηλής ενέργειας κοσμικές ακτίνες που συγκρούονται με το αστέρι. Ο Silk, ωστόσο, επισημαίνει ότι ο προηγούμενος μηχανισμός απαιτεί τα αστέρια νετρονίων να έχουν μια ελάχιστη μάζα και υποστηρίζει ότι ο τελευταίος μηχανισμός είναι προβληματικός, διότι, λέει, θα ήταν απίθανο να πετάξει την ενέργεια στο κέντρο του αστεριού, στο σημείο όπου απαιτείται για την κίνηση της αλυσιδωτής αντίδρασης.
Αντίθετα τρεις φυσικοί, ο Joseph Silk, ο Angeles Perez-Garcia από το Πανεπιστήμιο της Σαλαμάνκα και η Jirina Stone από το Πανεπιστήμιο του Τενεσί, έχουν υπολογίσει ότι τα WIMPs που εξαϋλώνονται, και που μπορούν να συσσωρεύονται στο κέντρο των άστρων θα μπορούσαν να προσφέρουν αυτή την ενέργεια. Αν αυτό επιβεβαιωθεί, ο μηχανισμός θα παράσχει ένα νέο, ανεξάρτητο κατώτερο όριο για τη μάζα ενός WIMP. Αυτό το όριο είναι περίπου 4 GeV, το μισό της ελάχιστης ενέργειας που υπολογίζουν οι τρεις τους ότι είναι απαραίτητη για την μετατροπή του αστέρα νετρονίων με αυτόν τον τρόπο (με κάθε WIMP προσφέρεται το ήμισυ της υλο-ενέργειας σε κάθε σύγκρουση).
Νέος τρόπος για να βρείτε τα WIMPs
Ο Silk πιστεύει ότι οι ερευνητές της σκοτεινής ύλης στη Γη μπορεί να είναι σε θέση να πάνε περίπου στα 50 GeV, οπότε η νέα αυτή προσέγγιση θα μπορούσε να αποτελέσει ένα χρήσιμο συμπλήρωμα στα υφιστάμενα πειράματα έρευνας της σκοτεινής ύλης. Επισημαίνει μάλιστα ότι η θεωρία δεν ευνοεί μια μάζα του WIMP μεταξύ 4 και 50 GeV, αλλά κάποια δεδομένα για περίπου 10 GeV έχουν προταθεί πρόσφατα από επίγειους ανιχνευτές.
Η ομάδα αυτή υποστηρίζει ότι δύο γραμμές παρατήρησης θα μπορούσαν να στηρίξουν τη διατριβή τους και συνεπώς να βοηθήσει ένα νέο όριο για τη μάζα των WIMPs. Η μία γραμμή θα περιλαμβάνει τη μέτρηση της μάζας και της ακτίνας ενός παράξενου άστρου, που θα ληφθεί με τη μελέτη της ακτινοβολίας των πάλσαρ, και συγκρίνοντας τις τιμές αυτές με τις προβλέψεις που έγιναν από το μοντέλο τους, με εκείνες των εναλλακτικών μοντέλων. Θα μπορούσαν επίσης να πάρουμε δεδομένα με τη δημιουργία και μέτρηση της παράξενης ύλης strangelets στο Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων στις ΗΠΑ ή στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο εργαστήριο CERN κοντά στη Γενεύη.
Ο Paolo Gondolo του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ πιστεύει ότι είναι εύλογος ο νέος μηχανισμός, αλλά έχει αμφιβολίες ως προς το εάν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην έρευνα για την σκοτεινή ύλη.
"Ακόμα και αν ανιχνευθεί ένα παράξενο αστέρι μπορεί να είναι δύσκολο να πει κάποιος εάν αυτό διαμορφώθηκε από την εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης”, λέει.
Μια προσεκτική υποστήριξη του μηχανισμού της σκοτεινής ύλης προέρχεται από τον Dejan Stojkovic του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, ο οποίος λέει ότι η διαδικασία αυτή “θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί στη φύση". Αλλά υποστηρίζει ότι η σταθερότητα του παράξενου άστρου σε αυτό το σενάριο, πρέπει να διερευνηθεί αρκετά. "Αν η εξαΰλωση του WIMP είναι πολύ γρήγορη ή πολύ αργή, τότε το αστέρι ποτέ δεν θα μπορεί να φτάσει στην θερμοδυναμική ισορροπία”, συμπληρώνει.
Πηγή: Physics World
Leave a Comment