Μικρά νέφη σκοτεινής ύλης διαπερνούν τη Γη

Πηγή: NewScientist, 26 Ιανουαρίου 2005

Μικρά νέφη σκοτεινής ύλης περνούν μέσω της γης σε κανονική βάση, δείχνουν νέοι υπολογισμοί. Τα νέφη αυτά μπορούν να είναι κατάλοιπα των πρώτων δομών που σχηματίστηκαν μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη και θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από μελλοντικές διαστημικές αποστολές.

Η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά βαρυτικά με την κανονική ύλη και εμφανίζεται να είναι επτά φορές περισσότερη στο σύμπαν από ό,τι η κανονική ύλη (βαρυόνια). Αλλά οι φυσικοί δεν ξέρουν από τι ακριβώς αποτελείται  αυτή η μυστήρια ύλη και πώς κατανέμεται μέσα στο διάστημα.

Εν τούτοις, οι φυσικοί έχουν επινοήσει διάφορα υποθετικά σωματίδια σκοτεινής ύλης που μπορεί να δημιουργήθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτά τα σωματίδια πιστεύεται πως σχημάτισαν τις πρώτες δομές του σύμπαντος, όπου αυτοί οι μυστήριοι "κβαντικοί σπόροι" ανάγκασαν την ύλη να συγκεντρωθεί και να πυκνώσει σε ορισμένα σημεία. Η σκοτεινή ύλη γλίστρησε σε αυτά τα σημεία που αυξήθηκαν σε δομές οι οποίες συγχωνεύτηκαν για να γίνουν γιγαντιαία νέφη - ή φωτοστέφανοι (άλως) - με μάζα εκατομμύρια ή και τρισεκατομμύρια ακόμα περισσότερη από του ήλιου μας.

Οι προηγούμενες προσομοιώσεις σε υπολογιστές έχουν μοντελοποιήσει αυτούς τους γιγαντιαίους φωτοστεφάνους, οι οποίοι εμφανίζονται να περιβάλλουν τους γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών. Όμως τώρα, ο Jürg Diemand, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στην Santa Cruz, μαζί με συνεργάτες του έχουν κάνει υπολογιστικά μοντέλα των πρώτων - πρώτων νεφών που συγκεντρώθηκαν στο αρχικό σύμπαν - σχετικά μικροσκοπικές δομές με μάζα σαν της Γης.

Για τη μελέτη τους χρησιμοποίησαν το σωματίδιο, που οι επιστήμονες θεωρούν ότι είναι υποψήφιο για να απαρτίζει τη σκοτεινή ύλη, το νετραλίνο (neutralino), που έχει μάζα περίπου 100 πρωτονίων και αλληλεπιδρά ασθενώς μόνο με την κανονική ύλη. Οι προβλεφθείσες ενέργειες και κινήσεις τους δημιούργησαν τις πρώτες δομές στο Σύμπαν, περίπου, 30 εκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι δομές αυτές πήραν τη μορφή επίπεδων σφαιρών ή τσιγάρων με διάμετρο 4.000 φορές την απόσταση μεταξύ της γης και του ήλιου.

"Υπολογίζουμε ότι τμήματα αυτών των μικρών συγκεντρώσεων ύλης μπορούν ακόμα να επιζούν στο Γαλαξία", αναφέρει ο Diemand. Ίσως δισεκατομμύρια από αυτά να παρασύρονται γύρω από την άλω της σκοτεινής ύλης, που περιβάλλει το Γαλαξία μας. Ένα τέτοιο νέφος μπορεί να διαπερνά μέσω της Γης κάθε 10.000 χρόνια σε μια σύγκρουση που κρατά περίπου 50 χρόνια.

Αλλά αυτά τα φανταστικά νέφη δεν έχουν επιπτώσεις στη Γη, λέει ο Diemand. Οι σχετικά μικρές πυκνότητές τους σημαίνει ότι θα μπορούσαν απλώς να αλλάξουν την κανονική τροχιά του πλανήτη μας κάτι τι λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του μέτρου ανά δευτερόλεπτο.

Ακόμα, αυτά τα νέφη μπορούν να αφήσουν πίσω τους κάποια αισθητά σημάδια, γιατί όταν δύο νετραλίνο συγκρούονται, προβλέπεται ότι παράγουν ένα πίδακα άλλων σωματιδίων, καθώς επίσης και φωτόνια ακτίνων γάμμα. Η ανίχνευση αυτών των φωτονίων μπορεί να είναι δύσκολη, λαμβάνοντας υπόψη τον άγνωστο τρόπο με τον οποίο τα νετραλίνο παράγουν φως στα νέφη, αλλά είναι θεωρητικά δυνατό, λένε οι ερευνητές.

Πράγματι, ένας ανιχνευτής της NASA, ο EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope), εμφάνισε περίπου 200 πηγές ακτίνων γάμμα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '90, η προέλευση των οποίων δεν θα μπορούσε να προσδιοριστεί, και ο Diemand νομίζει ότι μερικές από αυτές μπορεί να προκύψουν στα μικρά νέφη της σκοτεινής ύλης.

Ανίχνευση από την κίνηση

Όμως ο Andrew Zentner, ένας κοσμολόγος στο πανεπιστήμιο του Σικάγου στο Ιλλινόις, που δεν είναι μέλος της ομάδας, αμφισβητεί αυτή την υπόθεση επειδή οι περισσότερες από τις πηγές του EGRET βρίσκονται μέσα στο δίσκο του Γαλαξία μας. Τα μοντέλα προτείνουν ότι τα μικρά νέφη της σκοτεινής ύλης πρέπει να είναι σε όλο το διάστημα, ένα σημείο που ο Diemand αναγνωρίζει.

Αλλά ο Zentner προσθέτει ότι τα μικρά νέφη θα μπορούσαν θεωρητικά να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας τις ακτίνες γάμμα που γεννήθηκαν καθώς αυτές επιπλέουν μέσω του μεγάλου φωτοστέφανου ή της άλω από σκοτεινή ύλη του Γαλαξία μας. 

Από την άλλη μεριά ένα νέο διαστημικό τηλεσκόπιο, το GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) , που πρέπει να εκτοξευτεί το 2007 θα ερευνήσει ολόκληρο τον ουρανό με υψηλή ευαισθησία και μπορεί να είναι σε θέση να εμφανιστεί τις 'υπογραφές' από αυτά τα νέφη.

Ακόμα κι αν δεν τα βρει, λέει ο Zentner, η απουσία τους θα έριχνε φως στο πρόβλημα της σκοτεινής ύλης. Θα έδειχνε "ότι τα νετραλίνο δεν είναι η σκοτεινή ύλη, ή ότι τα νετραλίνο μπορεί να είναι σκοτεινή ύλη, αλλά δεν έχουν τις παραμέτρους που νομίζουμε", συμπληρώνει.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature