Η σκοτεινή ύλη του σύμπαντος έχει μεγάλη διάρκεια ζωής

Πηγή: Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, 2 Οκτωβρίου 2007

Μια νέα έρευνα από επιστήμονες του Ινστιτούτου Niels Bohr παρουσιάζει νέες πληροφορίες για μυστήριο της σκοτεινής ύλης του Κόσμου.

Το σύμπαν αποτελείται όχι μόνο από τα ορατά ουράνια αντικείμενα, τα αστέρια, τους πλανήτες και τους γαλαξίες. Έχει επίσης κι ένα μυστικό συντροφικό παίκτη - τη σκοτεινή ύλη. Οι αστρονόμοι μπορούν να βρουν ότι η σκοτεινό ύλη υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες αλλά κανένας δεν ξέρει τι είναι, και κανένας δεν την έχει δει. Δεν εκπέμπει φως και δεν ανακλά το φως. Είναι αόρατη. Είναι ένα μυστήριο και οι ερευνητές έχουν γι αυτήν πολλές θεωρίες.

Αριστερά: Τα δύο σμήνη των γαλαξιών λέγονται Σμήνος της Σφαίρας (Bullet Cluster), και είναι στο στάδιο της κίνησης το ένα μέσω του άλλου. Οι κόκκινες καμπύλες παρουσιάζουν βαρυτικές μετρήσεις της συνδυασμένης μάζας που αποτελείται εν μέρει από την ορατή ύλη των γαλαξιών και εν μέρει από την αόρατη σκοτεινή ύλη. Οι μετρήσεις των ακτίνων X από τα δύο σμήνη των γαλαξιών δείχνουν ότι τα νέφη του αερίου έχουν εκδιωχτεί κατά τη σύγκρουση μεταξύ των δύο σμηνών των γαλαξιών. Στο δε σμήνος των γαλαξιών (δεξιό μέρος) υπάρχει πολύ σκοτεινή ύλη, αλλά ελάχιστες ακτίνες X, κι έτσι νομίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη διασπάται πολύ αργά, ενώ έχει μια πολύ, πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής.

Η σκοτεινή ύλη έχει προκαλέσει πονοκέφαλους στους ερευνητές για δεκαετίες, δεδομένου ότι ανιχνεύθηκε στη δεκαετία του '70, και από τότε υπάρχει έντονη έρευνα στο φαινόμενο. Είναι αόρατη αλλά έχει μάζα, και γι αυτό έχει βαρύτητα που μπορεί να μετρηθεί. Αν αναλύσουμε τους γαλαξίες είναι δυνατό να ζυγιστεί, και έτσι βγαίνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός γαλαξία είναι σκοτεινή ύλη.

Ακριβώς όπως τα αστέρια συγκεντρώνεται στους γαλαξίες, έτσι και οι γαλαξίες συγκεντρώνονται κατά χιλιάδες στα σμήνη των γαλαξιών. Ο αστροφυσικός Signe Riemer-Sørensen, υποψήφιος διδάκτωρ στο Ινστιτούτο Niels Bohr, έχει αναλύσει δύο σμήνη γαλαξιών που συγκρούονται.

Όταν τα δύο σμήνη των γαλαξιών συναντιούνται ούτε οι γαλαξίες ούτε η σκοτεινή ύλη συγκρούονται. Εντούτοις, περίπου το 12% της μάζας του σμήνους των γαλαξιών αποτελούνται από τεράστια νέφη αερίου και σκόνης και αυτά τα νέφη συγκρούονται. Τα νέφη αερίου είναι καυτά και εκπέμπουν ακτίνες X που μπορεί να παρατηρηθούν, έτσι είναι δυνατό να φανεί πως τα νέφη 'εκδιώκονται' πραγματικά από τα δύο σμήνη των γαλαξιών κατά τη σύγκρουση. Όταν τα νέφη του αερίου συγκρούονται γίνονται ακόμα πιο καυτά και εκπέμπουν περισσότερες ακτίνες X, κι έτσι προειδοποιούν ότι κάτι συνέβη.

Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι ένας νέος και ακόμα μη ανιχνευθείς τύπος σωματιδίου. Μεταξύ των προτάσεων που υπάρχουν για τη σκοτεινή ύλη, είναι σωματίδια που όταν αποσυντίθενται εκπέμπουν ακτίνες X. Κάποια από αυτά είναι τα αξιόνια (axions), σωματίδια που εξηγούνται θεωρητικά με τις πρόσθετες διαστάσεις. Έτσι για να είναι σε θέση να ψάξουν για τις ακτίνες X που προέρχονται από τη σκοτεινή ύλη, οι ερευνητές παρατηρούν σε θέσεις όπου υπάρχει μια μεγάλη συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης, αλλά κανένα αέριο. Τέτοιες θέσεις βρίσκονται σε δύο συγκρουόμενα σμήνη γαλαξιών όπου τα νέφη του αερίου έχουν εκδιωχτεί κατά τη σύγκρουση.

Ο Signe Riemer-Sørensen έχει αναλύσει ένα από τα δύο σμήνη των γαλαξιών που είναι στο στάδιο της σύγκρουσης. Οι αναλύσεις δείχνουν ότι είναι ένα πολύ βαρύ αμήνος με πολλούς γαλαξίες, και η μέτρηση της βαρύτητας δείχνει ότι υπάρχει μια πολύ μεγάλη ποσότητα σκοτεινής ύλης, μέχρι 85% της συνολικής μάζας (ορατής και αόρατης). Εντούτοις, δεν μετρήθηκε καμία εκπομπή ακτίνων X από κάθε αιτία.

Όταν η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει σημαντική ποσότητα ακτίνων X είναι δυνατό να υπολογιστεί ένα ανώτερο όριο στο πόσο γρήγορα διασπώνται τα σωματίδια και να υπολογιστεί έτσι η διάρκεια της ζωής τους. Το αποτέλεσμα είναι ότι εάν τα αξιόνια είναι συστατικό της σκοτεινής ύλης πρέπει να έχει μια διάρκεια ζωής, που να είναι μεγαλύτερη από 3.000.000 δισεκατομμύρια έτη. Σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει πάρα πολύ σκοτεινή ύλη που να έχει διασπαστεί, ακόμα κι αν διαμορφώθηκε πριν 13,7 δισεκατομμύρια έτη. Το συμπέρασμα είναι ότι η σκοτεινή ύλη έχει μια πολύ, πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής. 

Η έρευνα δημοσιεύθηκε  στο περιοδικό Physical Review Letters.