Αστρονόμοι ρίχνουν φως στο μυστήριο της σκοτεινής ύλης

Πηγή: NewScientist, Independent, 6 Φεβρουαρίου 2006

Βρετανοί αστρονόμοι έκαναν ένα βήμα πιο κοντά για να κατανοήσουμε μια από τις πιο μυστήριες ουσίες στο σύμπαν-  τη σκοτεινή ύλη που ενεργεί ως ένα είδος κοσμικής κόλλας, που συγκρατεί τους γαλαξίες. Αυτή λοιπόν η ουσία δεν είναι ούτε πολύ ψυχρή ούτε πολύ θερμή σύμφωνα με τους ερευνητές.

Η νέα έρευνα πάνω στη σκοτεινή ύλη, που θεωρείται ότι αποτελεί το 23% του σύμπαντος έναντι των 4% της κανονικής βαρυονικής ύλης που μπορεί να φαίνεται και να γίνεται αισθητή, έχει για πρώτη φορά επισημανθεί εξ αιτίας της συμπεριφοράς της και τις ιδιότητές της, οι οποίες είναι ουσιαστικές για να φτιαχτεί ένα σύμπαν σε τάξη.

Οι επιστήμονες υπέθεσαν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης στη δεκαετία του '30 αφού όταν "ζύγισαν" τους γαλαξίες διαπίστωσαν ότι η ορατή μάζα του κάθε γαλαξία ήταν πολύ λιγότερη από τη συνολική μάζα του.

Οι επιστήμονες έχουν κάνει πολλές υποθέσεις για το τι μπορεί να είναι αυτή η "ελλείπουσα μάζα". Μια ομάδα που καθοδηγήθηκε από τον καθηγητή Gerry Gilmore από το Πανεπιστημιακό Ίδρυμα Αστρονομίας του Καίμπριτζ άρχισε να εκτελεί ένα πείραμα εδώ και τρία χρόνια στην θεαματική έρημο Atacama της βόρειας Χιλής - μια θέση τόσο ερημική που κανένα πουλί, κανένα ζώο, κανένα φυτό δεν υπάρχει παρά μόνο λίγοι λυπημένοι αστρονόμοι, όπως είπε ο επικεφαλής της έρευνας χαρακτηριστικά.

Χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο, μια σειρά διασυνδεδεμένων τηλεσκοπίων των 8 μέτρων, εξέτασαν δώδεκα νάνους γαλαξίες δορυφόρους του δικού μας Γαλαξία. Και οι αστρονόμοι υποστηρίζουν ότι έχουν επιτύχει καταπληκτικά αποτελέσματα.

"Έχουμε την πρώτη ένδειξη για το τι είναι η σκοτεινό ύλη", μας πληροφορεί ο καθηγητής Gilmore. "Αυτή η μαγική ουσία είναι μάλλον αραιά κομμάτια, ελάχιστου μήκους 1.000 ετών φωτός περίπου και με 40 εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου". Εντούτοις, ο ίδιος αναγνώρισε ότι δεν ξέρουμε πώς να ερμηνεύσουμε αυτήν την ένδειξη ακόμα.

Και όπως δήλωσε το μέλος της ομάδας Mark Wilkinson η ποσότητα της σκοτεινής ύλης φαίνεται να είναι ίδια ανεξάρτητα από το πόσο φωτεινοί είναι οι γαλαξίες, ή το μέγεθος τους, ή πόσα άστρα περιέχουν. Οι μεγάλοι δε γαλαξίες φτιάχονται με συνδυασμό των άστρων και αυτών των αραιών κομματιών, συμπλήρωσε ο ίδιος. 

Η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει κανένα φως, γι αυτό και πήρε αυτό το όνομα. Οι επιστήμονες πάντα είχαν υποθέσει ότι επειδή δεν μπόρεσε να φανεί ήταν "ψυχρή" - κάποια νεκρή, αργόστροφη κοσμική λάσπη. Αλλά φάνηκαν δύο άλλα απροσδόκητα συμπεράσματα από την έρευνα του Καίμπριτζ. Το πρώτο έδειξε ότι η σκοτεινή ύλη έχει πραγματικά μια "θερμοκρασία" υψηλότερη από αυτήν της επιφάνειας του ήλιου.

Εάν αυτή ήταν από άτομα υδρογόνου, η σκοτεινή ύλη θα ήταν 10.000 βαθμών Κελσίου και θα εμφανιζόταν ως εκτυφλωτικό φως. Ακόμα, κατά ένα πολύ μπερδεμένο λόγο, δεν εκπέμπει καμιά θερμότητα.

Η δεύτερη έκπληξη ήταν ότι σωματίδια της σκοτεινής ύλης κινούνται με ταχύτητα, περίπου, 9 km ανά δευτερόλεπτο ενώ δεν υπάρχει ορισμένη συγκέντρωση αυτών.

Η ουσία αυτή είναι διαφανή στο φως, και αντίθετα από τα περισσότερα σωματίδια της συνηθισμένής ύλης, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Αλλά έχουν αρκετό βάρος για να ασκούν βαρυτική έλξη, ώστε να αποτρέπει τα αστέρια μέσα στους γαλαξίες να διασκορπιστούν.

Μεγάλα Wimps

Το ελάχιστο μέγεθος αυτών των κομματιών βοηθάει να διατηρείται χαμηλή η θερμοκρασία της σκοτεινής ύλης. Εάν η σκοτεινή ύλη ήταν πολύ καυτή θα κινούταν πάρα πολύ γρήγορα και δεν θα μπορούσε η βαρύτητα να την συγκρατήσει μαζί σε μικρά κομμάτια-μπλοκ, εξηγεί ο ερευνητής Gerry Gilmore. Ψυχρή, ή αργά κινούμενη σκοτεινή ύλη αφ' ετέρου, θα ήταν σε θέση να σχηματίσει πολύ μικρότερες μάζες χωρίς να χωρίζονται, λέει ο ίδιος.

Γι αυτό, σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, η σκοτεινή ύλη είναι "χλιαρή" - περίπου 10.000°C. Για σύγκριση, η επιφάνεια του ήλιου είναι 6000°C, ενώ ο πυρήνας του είναι περίπου 15,5 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

"Αυτή η θερμοκρασία μας λέει κάτι πολύ θεμελιώδες για τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης", αναφέρει ο Gilmore. Θεωρεί ότι η χλιαρή σκοτεινή ύλη σχεδόν βέβαια αποτελείται από έναν τύπο του WIMP - θεωρητικά σωματίδια με μάζα που αλληλεπιδρούν ασθενώς μόνο με άλλες μορφές της ύλης, αλλά προσελκύουν ή απωθούν άλλα WIMPs πολύ έντονα.

Τα αποτελέσματα αυτά πρέπει να καθοδηγήσουν τους σωματιδιακούς φυσικούς για το τι να ψάξουν σαν τα υποψήφια στοιχεία της σκοτεινής ύλης στο μέλλον, λέει ο Gilmore. "Πρέπει να αρχίσουμε να ψάχνουμε στη φυσική των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης - όχι μόνο στον τρόπο που αποκρίνονται στη βαρύτητα," συμπληρώνει.

΅Είναι ένα πολύ ενδιαφέρον και εκπληκτικό αποτέλεσμα", τονίζει ο Robert Minchin, ένας αστρονόμος στο παρατηρητήριο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο. "Έρχεται σε αντίθεση με τα συμπεράσματα του δορυφόρου WMAP, που πρότειναν ότι η θερμή σκοτεινή ύλης ήταν απίθανο να υπάρχει".

Η έρευνα αυτή είναι στο στάδιο της τελικής σύνταξης και πρέπει να δημοσιευτεί σε ένα επιστημονικό περιοδικό σύντομα.

Δεν είναι όμως ακόμα εποχή για τους αστροφυσικούς να χαλαρώσουν. Μόλις επιλυθεί το πρόβλημα για την σκοτεινή ύλη, υπάρχει και η υπόλοιπη ύλη του 73% του σύμπαντος  - φτιαγμένη από κάτι ακόμη πιο μυστήρια, την σκοτεινή ενέργεια, η οποία αναγκάζει τους γαλαξίες να απομακρύνονται με αυξανόμενη ταχύτητα.

"Είναι σωστό να πούμε ότι μας περιμένει περισσότερη δουλειά", λέει ο Gilmore.

Οι βρετανικοί αστρονόμοι έχουν έρθει ένα βήμα πιό κοντά στην κατανόηση μιας από τις πιό μυστήριες ουσίες στον κόσμο - το "σκοτεινό ύλη" που ενεργεί ως είδος κοσμικής κόλλας, που κρατά τους γαλαξίες από κοινού.