Πως με τη μέθοδο των βαρυτικών φακών μπορούμε ν' ανιχνεύσουμε την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης;

Συχνές ερωτήσεις Οκτώβριος 2002

Το μέγεθος του Σύμπαντος και η ταχύτητα με την οποία επεκτείνεται υποδηλώνουν ότι περιέχει περίπου 80 % περισσότερη ύλη από όση περιέχουν όλα τα ορατά άστρα, οι πλανήτες και η διαγαλαξιακή σκόνη. Επειδή δεν μπορούμε να δούμε αυτή την ύλη, οι φυσικοί την βάφτισαν σκοτεινή ύλη. Μια ισχυρή θεωρία προβλέπει ότι αποτελείται από αόρατα, ασθενώς αλληλεπιδρόντα σωμάτια με μάζα, τα λεγόμενα WIMPs. Όλα αυτά συλλογικά αποκαλούνται ως ψυχρή σκοτεινή ύλη.

Πως όμως να ψάξουμε γι αυτήν την ψυχρή σκοτεινή ύλη, η οποία αν υπάρχει δεν εκπέμπει ούτε ανακλά το φως; Μια λύση πάνω στην οποία γίνεται αρκετή δουλειά είναι χρησιμοποίηση ραδιοτηλεσκοπίων και η αξιοποίηση ενός φαινομένου που λέγεται βαρυτική εκτροπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η μέθοδος αυτή ακολουθείται και από τον Christopher Kochanek του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian στο Cambridge, της Μασαχουσέτης.

"Τα ευρήματα της μεθόδου δεν αποτελούν απόδειξη ύπαρξης της σκοτεινής ύλης, είναι όμως σύμφωνα με αυτά που θα περιμέναμε να δούμε αν υπήρχε πράγματι" λέει ο Kochanek.

Κάμψη ακτίνων όπως στους φακούς

Αν ένα αντικείμενο πολύ μεγάλης μάζας, όπως πχ. ένας γαλαξίας, βρεθεί στην ευθεία που ενώνει ένα γήινο τηλεσκόπιο και ένα άλλο πιο μακρινό αντικείμενο του Σύμπαντος, η ελκτική δύναμη της βαρύτητας του αντικειμένου κάμπτει το φως ή τα ραδιοκύματα που έχουν εκπεμφθεί από το πιο μακρινό αντικείμενο και περνούν γύρω του, και δημιουργεί ένα μεγεθυμένο είδωλο του πιο μακρινού αντικειμένου, όπως περίπου συμβαίνει και με τους οπτικούς φακούς.

Συμπυκνώματα της σκοτεινής ύλης θα λειτουργούσαν όπως οι ατέλειες στο γυαλί ενός φακού. Το φως θα περνούσε μέσα από αυτές, αλλά η βαρυτική τους έλξη θα το έκαμπτε κατά τρόπο που θα ξεχώριζε τα διαφορετικά μήκη κύματος.

Φωτογραφία από το περιοδικό ΓΕΩ

Ο Kochanek και ο συνεργάτης του Dalal μελέτησαν επτά γαλαξίες, ο καθένας εκ των οποίων μεγεθυνόταν από 4 άλλους πιο κοντινούς. Επειδή κάθε γαλαξίας-φακός βρισκόταν σε μια ελαφρά διαφορετική θέση, οι ερευνητές έλαβαν 4 διαφορετικά είδωλα του καθενός από τους 7 μακρινούς γαλαξίες. Τα 4 είδωλα θα έπρεπε να ήταν ίδια. Αλλά στην πραγματικότητα το καθένα ήταν ελαφρά διαφορετικό.

Έτσι οι δύο ερευνητές έψαξαν να δουν αν η διαφορά ήταν τέτοια ώστε θα μπορούσε να έχει προκληθεί από το είδος των συγκεντρώσεων της σκοτεινής ύλης γύρω από τους γαλαξίες-φακούς που προβλέπουν τα μαθηματικά μοντέλα. Τα ευρήματά τους ταίριαζαν μια χαρά με τις θεωρητικές προβλέψεις.

Τώρα οι Dalal και Kochanek θέλουν να βρουν άλλους γαλαξίες-φακούς για να υπολογίσουν τις θέσεις των συγκεντρώσεων της σκοτεινής ύλης μεταξύ των γαλαξιών. Στη συνέχεια θα μπορούσαν να εκτιμήσουν το μέγεθος και την πυκνότητα αυτών των συγκεντρώσεων. Τέλος ελπίζουν ότι με τα δεδομένα αυτά στα χέρια τους θα μπορέσουν να εκτιμήσουν χοντρικά την ποσότητα της ψυχρής σκοτεινής ύλης γύρω από το σύνολο των γαλαξιών και να δουν αν ταιριάζει με τη μάζα του Σύμπαντος που λείπει.