Αστρονόμοι υποστηρίζουν πως βρήκαν αποδείξεις για την Σκοτεινή Ύλη

Πηγή: NASA, AP, 21 Αυγούστου 2006

Αστρονόμοι  λένε ότι βρήκαν την καλύτερη απόδειξη μέχρι τώρα για την σκοτεινή ύλη, μια μυστήρια αόρατη ουσία που θεωρείται ότι αποτελεί το μεγαλύτερο τμήμα της ύλης στο σύμπαν. Και η απόδειξη έρχεται από την παρατήρηση της βίαιης σύγκρουσης ανάμεσα σε δύο σμήνη γαλαξιών 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Το σμήνος 1E 0657-56 (Bullet Cluster) σχηματίστηκε από τη σύγκρουση δύο ξεχωριστών σμηνών πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Από αυτή τη σύγκρουση διαχωρίστηκε η ορατή ύλη (στα δύο κόκκινα σφαιρικά νέφη δεξιά και αριστερά) από την σκοτεινή ύλη (οι δύο μπλε περιοχές).

Χρησιμοποιώντας ένα πλήθος τηλεσκοπίων, οι ερευνητές εστίασαν την προσοχή τους στη σύγκρουση μεταξύ δύο γαλαξιακών σμηνών. Και διαπίστωσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της βαρυτικής έλξης από το σμήνος που προέκυψε από τη σύγκρουση, δεν προέρχεται από το βαρυτικό κέντρο του νέου σμήνους αλλά από ένα σχετικά κενό μέρος του ουρανού, κάτι που υποδεικνύει ότι υπάρχει κάτι εκεί που δεν μπορούμε να το δούμε, κάποιο αόρατο υλικό, και για αυτό λέγεται σκοτεινή ύλη επειδή δεν εκπέμπει κανενός είδους ακτινοβολία.

Εάν η μόνη ύλη σε αυτό το σμήνος ήταν η ορατή ύλη, ο χάρτης της μάζας θα ακολουθούσε περίπου το χάρτη του διαστρικού αερίου. Αντίθετα, οι επιστήμονες βρήκαν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας αλλού, ακριβώς σαν να εξουσιάστηκε από την - χωρίς να συγκρούεται - σκοτεινή ύλη.

"Η έρευνα προσφέρει την πρώτη άμεση απόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει", αναφέρει ο Doug Clowe, μέλος της ερευνητικής ομάδας που πρόκειται να δημοσιεύσει τα αποτελέσματα στο Astrophysical Journal Letters, και αστρονόμος στο πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Ο Clowe και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν το παρατηρητήριο Chandra των ακτίνων X της NASA, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και διάφορα επίγεια παρατηρητήρια (όπως το Μαγγελάνος) για να εξετάσουν ένα σμήνος γαλαξιών, που σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια των τελευταίων 100 εκατομμυρίων ετών από τη βίαια σύγκρουση δύο μικρότερων γαλαξιακών σμηνών. Το αντικείμενο αυτό ονομάζεται Σφαίρα (bullet), από το υπέρθερμο νέφος του αερίου που είναι σαν σφαίρα σε μια από τις πλευρές του.

Τα δύο σμήνη που συγκρούστηκαν διαπέρασαν το ένα το άλλο πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια και σχημάτισαν ένα νέο σμήνος. Και η σύγκρουση αυτή με κάποιο τρόπο διαχώρισε την κανονική από την σκοτεινή ύλη.

Το μεγαλύτερο μέρος της ορατής μάζας στο Σμήνος Σφαίρα συγκεντρώνεται σε αυτό το νέφος αλλά και σε ένα άλλο κοντά σε αυτό. Όμως, χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή σαν βαρυτικός εστιασμός ο Clowe και οι συνάδελφοί του δείχνουν ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι στην πραγματικότητα ισχυρότερη σε ένα μέρος του σμήνους που εμφανίζεται να είναι πιο άδειο. Με το βαρυτικό εστιασμό μετράται η εκτροπή που προκαλεί η βαρύτητα στο φως μακρινών γαλαξιών, που βρίσκονται στο υπόβαθρο των δύο σμηνών.

Για να ανιχνεύσουν αυτόν τον διαχωρισμό, οι ερευνητές σύγκριναν τις εικόνες των ακτίνων X της φωτεινής ύλης με τις μετρήσεις της συνολικής μάζας του σμήνους μέσω της βαρύτητας. Αυτές έγιναν με την παρατήρηση της διαστρέβλωσης του φωτός από τους γαλαξίες υποβάθρου από τη βαρύτητα του σμήνους -- όσο μεγαλύτερη είναι η διαστρέβλωση, τόσο πιο μεγάλο είναι το σμήνος. Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε τέσσερα μεγάλα τμήματα της ύλης: δύο μεγάλα τμήματα μάζας σκοτεινής ύλης που επιταχύνονταν μακριά από τη σύγκρουση, και δύο μικρότερες μάζες φωτεινής ύλης που μένουν πίσω. Κι αυτή είναι η απόδειξη ότι υπάρχουν δύο τύποι ύλης.

Στην πάνω εικόνα το κόκκινο χρώμα είναι η ανακατασκευή των παρατηρήσεων του CHANDRA σε ακτίνες Χ. Λόγω της σύγκρουσης, τα νέφη των αερίων των δύο σμηνών παραμορφώνονται, ακολουθώντας έτσι τους νόμους της φυσιολογικής υδροδυναμικής.

Στην εικόνα σε μπλε χρώμα βλέπουμε την ανακατασκευή των παρατηρήσεων του Hubble (και άλλων τηλεσκοπίων) που, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της βαρυτικής εστίασης, βρίσκουν την περιοχή του βαρυτικού πεδίου των δύο σμηνών. Οι μπλε περιοχές, με άλλα λόγια, μας δείχνουν εκεί που υπάρχει συγκέντρωση σκοτεινής ύλης, μετά τη σύγκρουση.

Εν ολίγοις, οι περιοχές όπου βρίσκεται η κανονική ύλη δεν συμπίπτουν με τις περιοχές όπου ακτινοβολούνται ακτίνες Χ. Αυτό που συνέβη, είναι ότι ενώ ή φυσιολογική ύλη, σε αέρια μορφή, αλληλεπιδρά εμφανίζοντας τα μορφώματα σύγκρουσης αερίων, οι μπάλες (μπλε) της σκοτεινής ύλης διαπερνάνε - χωρίς να αλληλεπιδρούν καθόλου - η μία μέσα από την άλλη.

Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει την παρουσία της σκοτεινής ύλης επί 70 χρόνια τώρα για να εξηγήσουν τις διάφορες παρατηρήσεις για τη συμπεριφορά του σύμπαντος. Έχουν δείξει ότι οι περιστρεφόμενοι σπειροειδείς γαλαξίες θα διαλύονταν, εάν δεν υπήρχε η βαρυτική έλξη από μια μη ανιχνεύσιμη και μη ορατή ύλη, εκτός βέβαια από τα αστέρια τους. Άλλες παρατηρήσεις δείχνουν ότι η διαστολή του κόσμου συγκρατείται από μια δύναμη μεγαλύτερη από τη βαρυτική έλξη της ορατής ύλης μόνο.

"Αν και η σκοτεινή ύλη προσφέρει καθαρά την καλύτερη εξήγηση για τέτοιες παρατηρήσεις", λέει ο Clowe, "κάποιοι αστρονόμοι καιρό τώρα σκέπτονται αν πρέπει να πιστέψουμε ότι υπάρχει κάποιο μυστήριο, απαρατήρητο υλικό προκειμένου να ταιριάξουν οι παρατηρήσεις. Έτσι, μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει ότι δεν είναι η ποσότητα της ύλης στον κόσμο που πρέπει να μετρηθεί, αλλά πρέπει να ρυθμιστεί ο ίδιος ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν. Έχουν δε προτείνει εναλλακτικές θεωρίες που μεταβάλουν τη δύναμη της βαρύτητας στις γαλαξιακές και διαγαλαξιακές κλίμακες, προκειμένου να μην υπάρχει η ανάγκη για τη σκοτεινή ύλη. Τα νέα όμως αποτελέσματα είναι ένα χτύπημα για αυτές τις θεωρίες.

Τα δύο σμήνη καθώς διασταυρώνονται με μια ταχύτητα 10 εκατομμύρια μίλια την ώρα, η φωτεινή ύλη σε κάθε σμήνος αλληλεπιδρά με την ύλη του άλλου και επιβραδύνεται.  Αλλά η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά καθόλου, περνώντας από μέσα χωρίς καμιά διάσπαση. Αυτό αναγκάζει την σκοτεινή ύλη να τρέξει μπροστά, χωρίζοντας κάθε σμήνος σε δύο συστατικά: την σκοτεινή ύλη μπροστά και την φωτεινή ύλη πίσω.

Πιο αναλυτικά, το καυτό αέριο σε αυτήν την σύγκρουση επιβραδύνθηκε από μια δύναμη, παρόμοια με την αντίσταση του αέρα. Αντίθετα, η σκοτεινή ύλη δεν επιβραδύνθηκε από την σύγκρουση, επειδή δεν αλληλεπιδρά άμεσα με την ίδια την σκοτεινή ύλη ή το αέριο εκτός από τη δύναμη της βαρύτητας. Κι αυτό δημιούργησε το διαχωρισμό της σκοτεινής από την κανονική ύλη που φάνηκε στα δεδομένα. Εάν το καυτό αέριο ήταν το πιο μεγάλο συστατικό στα σμήνη, όπως προτείνεται από τις εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας, ένας τέτοιος χωρισμός δεν θα είχε φανεί. Αντίθετα, απαιτείται η παρουσία της σκοτεινής ύλης.

Η τελευταία όμως έρευνα δεν αποδεικνύει ότι οι νόμοι της βαρύτητας είναι ορθοί, αποδεικνύει όμως ότι υπάρχει η σκοτεινή ύλη.

"Είναι πραγματικά συναρπαστικό", λέει ο φυσικός Sean Carroll από το πανεπιστήμιο του Σικάγου, που προσθέτει ότι η πιθανότητα να ισχύει και η θεωρία της μετατροπής της βαρύτητας δεν μπορεί θεωρητικά να αποκλειστεί. Ωστόσο, αυτές οι ιδιοτροπίες της βαρύτητας δεν μπορεί παρά να συνυπάρχουν με τη σκοτεινή ύλη.