Υπάρχει όριο στο μέγεθος των σχηματισμών της σκοτεινής ύλης

Πηγή: PhysicsWeb, 27 Φεβρουαρίου 2007

Εάν η σκοτεινή ύλη πραγματικά κατοικεί μόνο σε μεγάλους σχηματισμούς, αυτοί δεν μπορούν να είναι μεγαλύτεροί από το ένα δέκατο της μάζα της Γης. Αυτό είναι το συμπέρασμα φυσικών από τη Γερμανία και τη Μεγάλη Βρετανίαι που έχουν μελετήσει στοιχεία από βαρυτικούς μικροφακούς από σχεδόν 300 απόμακρες σουπερνόβες. Τα συμπεράσματα αυτά θα μπορούσαν να αλλάξουν τις απόψεις των κοσμολόγων για τη σκοτεινή ύλη -- μια μυστήρια ουσία που θεωρείται ότι είναι η πλειοψηφία της ύλης στον Κόσμο -- μερικοί από τους οποίους έχουν υποθέσει ότι οι σχηματισμοί της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να έχουν πολλαπλάσια μάζα από αυτή του ήλιου.

Όταν οι φυσικοί εξετάζουν τον ουρανό, παρατηρούν ότι εκεί πάνω δεν υπάρχει τόση ορατή ύλη για να διατηρήσει το σύμπαν όπως είναι, υποθέτοντας όμως ότι η γνώση μας για τη βαρύτητα είναι σωστή - στην πραγματικότητα, μέχρι και το 95% της ύλης φαίνεται να λείπει. Γι αυτό πολλοί υποστηρίζουν την ιδέα της σκοτεινής ύλης, μια άπιαστη ουσία που θα μπορούσε να αποτελεί την "ελλείπουσα" μάζα, αλλά που είναι αόρατη στα σύγχρονα τηλεσκόπια, επειδή δεν αλληλεπιδρά έντονα με το φως.

Σύμφωνα με το δημοφιλέστερο μοντέλο, η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε είτε να είναι μια συσσώρευση απαρατήρητων βαρέων σωματιδίων (τα WIMP, ή ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα), είτε μεγάλοι σχηματισμοί από πυκνή συνηθισμένη ύλη, που δεν εκπέμπουν όμως μεγάλα ποσά αισθητής ακτινοβολίας (τα MCO, ή συμπαγή αντικείμενα με μάζα) - ή ακόμα και να είναι μίγμα από τα δύο είδη.

Τελευταία ο Benton Metcalf από το Ινστιτούτο Max Planck για την αστροφυσική στη Γερμανία και ο Joseph Silk από το πανεπιστήμιο της Οξφόρδης έχουν προσπαθήσει να δουν ακριβώς πόσο μεγάλα μπορούν να είναι αυτά τα MCO. Οι φυσικοί ανέλυσαν το φως από σουπερνόβες, τόσο απόμακρες που το φως τους θέλει μέχρι πέντε δισεκατομμύρια έτη για να φτάσουν μέχρι εδώ. Εάν λοιπόν ένα αντικείμενο MCO βρισκόταν πάνω στην πορεία των ακτίνων από μια μακρινή σουπερνόβα, τότε το βαρυτικό πεδίο του MCO θα είχε διαστρεβλώσει την πορεία του φωτός, ένα φαινόμενο γνωστό ως "βαρυτικός εστιασμός".

Λόγω του τεράστιου χρόνου που έχει περάσει, οι πιθανότητες να βρεθεί στο δρόμο της ακτίνας ένα μεγάλο MCO θα ήταν αρκετά υψηλές. Αλλά παρά τα στοιχεία που συσσωρεύτηκαν από σχεδόν 300 σουπερνόβες, οι φυσικοί δεν μπόρεσαν να βρουν καμία διασπορά προκαλούμενη από ένα MCO μεγαλύτερο από το 1/100 της μάζας  του ήλιου, υπονοώντας μάλιστα - με μια βεβαιότητα 89% - ότι δεν υπάρχουν καθόλου. Επιπλέον, υποστηρίζουν ότι MCO μεγαλύτερα από το ένα δέκατο της μάζα της Γης μπορεί με βεβαιότητα "να αποκλειστεί" ως το μόνο συστατικό της σκοτεινής ύλης.

Αυτές οι ειδήσεις μπορεί να έρχονται σε αντίθεση με αυτά που πιστεύουν μερικοί κοσμολόγοι, οι οποίοι θεωρούν ότι τα εξασθενημένα άστρα, τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες είναι σημαντικά συστατικά της σκοτεινής ύλης. Αντίθετα, ο Metcalf και ο Silk προτείνουν ότι το πιθανότερο είναι η σκοτεινή ύλη να είναι φτιαγμένη από WIMP.