Μια πρώτη αναγνώριση της σκοτεινής ύλης

Από σελίδα του PhysicsWeb 22-Μαρτίου-2001

Οι αστρονόμοι είδαν την σκοτεινή ύλη άμεσα για πρώτη φορά. Ο Ben Oppenheimer του Πανεπιστημίου Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ και οι συνάδελφοι του στις ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο, έχουν ανακαλύψει ένα νέο είδος λευκού νάνου (ενός αντικειμένου, που προέρχεται από νεκρό άστρο), που θα μπορούσε να αποτελέσει μέχρι και το τρίτο είδος της "σκοτεινής ύλης" στο Σύμπαν. Τα εξαιρετικά αμυδρά, που τελείωσαν τα πυρηνικά τους καύσιμα αστέρια,  βρέθηκαν στην "γαλαξιακή άλω" που περιβάλλει τον Γαλαξία μας, Milky Way. Η ομάδα του Oppenheimer θεωρεί ότι αντιπροσωπεύουν μέρος της αόρατης ύλης - που προτάθηκε ότι υπάρχει 70 έτη πριν - που συνδέει μαζί, τους γαλαξίες και τις συστάδες των γαλαξιών, λόγω της βαρυτικής έλξης του. (περιοδικό Science).

Ο Oppenheimer και οι συνάδελφοι του, υποψιάστηκαν ότι μερικά πολύ εξασθενημένα αντικείμενα στις υπάρχουσες φωτογραφίες θα μπορούσαν να είναι λευκοί νάνοι -  όμοια με τις διαστάσεις της Γης, υπόλοιπα των αρχαίων αστεριών. Η ομάδα συνέλεξε τα φάσματα των μυστήριων οργανισμών στο Cerro Tololo Διαμερικανικό Παρατηρητήριο στη Χιλή και διαπίστωσε ότι πάνω από τα μισά από αυτά,  ήταν μια νέα φυλή των υπέρψυχρων λευκών  νάνων. "Έχουμε βρεί έναν προηγουμένως μη ανιχνευθέντα πληθυσμό των αστεριών, στην 'γαλαξιακή άλω', έναν γαλαξιακό φωτοστέφανο που αντιπροσωπεύει ένα μέρος της σκοτεινής ύλης στο γαλαξία, λέει ο Oppenheimer.

Θεωρείται ότι οι "ψυχροί" λευκοί νάνοι - αποκαλούμενοι έτσι επειδή οι θερμοκρασίες της επιφάνειάς τους είναι κάτω από 4500 Kelvin - είναι πολύ εξασθενημένοι λόγω του τρόπου που τα μορία του υδρογόνου συμπεριφέρονται στις ατμόσφαιρές τους. Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι τα μόρια συγκρούονται και παίρνουν προσωρινά, τέτοιες μοριακές ορμές, που τα κάνει να απορροφούν το φως στα περισσότερα ορατά μήκη κύματος.

Μια προηγούμενη έρευνα υπαινίχτηκε την ύπαρξη ενός πληθυσμού αμυδρών αστεριών,  όταν διαπίστωσε ότι το φως από τα απόμακρα φωτεινά αστέρια κάμφθηκε από τα αόρατα αντικείμενα, πιό κοντά στον Γαλαξία μας - ένα φαινόμενο που είναι γνωστό σαν βαρυτικός φακός-microlensing . "Αυτές οι έμμεσες παρατηρήσεις έδειξαν ότι οι λευκοί νάνοι μπορούν να αποτελέσουν ένα ουσιαστικό κομμάτι της σκοτεινής ύλης", εξηγεί ο Oppenheimer, "αλλά τα αποτελέσματα ερμηνεύθηκαν διαφορετικά από μερικούς αστρονόμους".

Η ομάδα, μετά από λεπτομερή ανάλυση εικόνων -στο Royal Observatory, Edinburgh, UK- επιλεγμένης περιοχής του νότιου γαλακτικού πόλου, ανίχνευσε 38 μη ορατούς, μέχρι τώρα, λευκούς νάνους σε απόσταση 450 ετών φωτός από τη γη. Αν η πυκνότητα αυτών των νεο-ανακαλυφθέντων λευκών νάνων -που ανήκουν στη γαλακτική άλω- είναι ένα ενδεικτικό υπόλοιπο από τη σκοτεινή ύλη της, αυτοί οι λευκοί νάνοι είναι πιθανό να αποτελούν το 3% της σκοτεινής ύλης τής άλω ή ακόμα και το 35%. Αυτό το σύνολο των λευκών νάνων θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί τις πρώτες ημέρες σχηματισμού του γαλαξία μας, μεταξύ 10 και 13 δισεκατομμυρίων χρόνων πριν.

Στο γαλαξία μας υπάρχουν πολλοί λευκοί νάνοι - πυκνά αστέρια στο τέλος της ζωής τους, που έχουν περίπου τη μισή μάζα από τον ήλιο. Αυτοί οι λευκοί νάνοι βρίσκονται στον επίπεδο δίσκο του γαλαξία, το τεράστιο σχήμα S στο οποίο βρίσκεται και η γη, καθώς επίσης και στη γαλακτική άλω. Οι λευκοί νάνοι στην άλω κινούνται ακόμα γρηγορότερα από αυτούς στο δίσκο και υπάρχουν τόσο πολλοί, που θα πρέπει να αποτελούν τουλάχιστον το 3% της σκοτεινής ύλης που υπάρχει στην άλω ή να είναι περίπου 10 δισεκατομμύρια λευκοί νάνοι, σύμφωνα με τον ερευνητή Ben Oppenheimer από το πανεπιστήμιο Berkeley.

Οι θεωρίες του σχηματισμού αστεριών και της ιστορίας του γαλαξία, θα ωφεληθούν επίσης από τη νέα ανακάλυψη. "Αυτοί οι  ψυχροί λευκοί νάνοι είναι απολιθώματα του πρώτου πληθυσμού των αστεριών της άλως (φωτοστεφάνου)", λέει το μέλος της ομάδας Didier Saumon. "Αυτή η ανακάλυψη θα απασχολήσει διαφορετικούς κλάδους της αστροφυσικής".

Η σκοτεινή ύλη   που από το 1933 παρατηρήθηκε από τον Fritz Zwicky, αποτελεί ένα αίνιγμα για τους αστρονόμους. Σύμφωνα με τις κοσμολογικές γνώσεις που είχαμε μέχρι σήμερα, τουλάχιστον το 95% της ύλης του σύμπαντος είναι σκοτεινή ύλη άγνωστης μορφής. Μόνο ένα μικρό ποσοστό της ύλης του κόσμου μας μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Το υπόλοιπο -η ''χαμένη μάζα''- είναι ανιχνεύσιμο από τα βαρυτικά φαινόμενα που εμφανίζονται στην ύλη που μπορούμε να δούμε. Σκοτεινή ύλη βρίσκεται και στη σφαιρική άλω που ''περικλείει'' το δίσκο του δικού μας γαλαξία.