|
Ίσως τα πρώτα αστέρια στο νεογέννητο
Κόσμο να μην έλαμπαν, αλλά αντίθετα να ήταν αόρατα "σκοτεινά αστέρια" 400 έως
200.000 φορές πιο πλατιά από τον ήλιο μας και μπορεί να τροφοδοτούνταν από την
εξαΰλωση
της μυστήριας σκοτεινής ύλης, συμπεραίνει μια μελέτη σ' ένα πανεπιστήμιο της
πολιτείας Utah.
Η μελέτη - που θα δημοσιευθεί στο περιοδικό
Physical Review Letters - υπολόγισε πώς η γέννηση των πρώτων άστρων σχεδόν
13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν μπορεί να έχει επηρεαστεί από την παρουσία
της σκοτεινής ύλης - την μέχρι τώρα αθέατη και άγνωστη ουσία που οι
επιστήμονες θεωρούν ότι αποτελεί την περισσότερη ύλη στον Κόσμο.
 Αριστερά:
καλλιτεχνική απεικόνιση ενός αόρατου "σκοτεινού άστρου" στο υπέρυθρο φως, που
το εκπέμπει
ως θερμότητα. Ο πυρήνας του άστρου τυλίγεται από νέφη αερίου υδρογόνου και
ηλίου. Μια νέα μελέτης από το πανεπιστήμιο της πολιτείας Utah προτείνει ότι τα πρώτα
αστέρια στον Κόσμο δεν έλαμπαν, αλλά μπορεί να ήταν σκοτεινά αστέρια.Τα
Τα συμπεράσματα "αλλάζουν δραστικά το σημερινό θεωρητικό πλαίσιο για το
σχηματισμό των πρώτων άστρων," λέει ο συντάκτης της μελέτης
αστροφυσικός
Paolo Gondolo, καθηγητής της φυσικής στο
πανεπιστήμιο της πολιτείας Utah.
Έχω τη γνώμη ότι τα γιγαντιαία αυτά σκοτεινά αστέρια μπορούν να υπάρχουν
ακόμα και σήμερα, ενώ αν και δεν εκπέμπουν ορατό φως, θα μπορούσαν να ανιχνευθούν,
επειδή πρέπει να σκορπίζουν στο διάστημα ακτίνες γάμμα, νετρίνα και
αντιύλη και να
είναι συνδεδεμένα με νέφη ψυχρού μοριακού υδρογόνου, που κανονικά
δεν μπορούν να φιλοξενούν τέτοια ενεργητικά σωματίδια, προσθέτει.
"Χωρίς λεπτομερείς προσομοιώσεις, δεν μπορούμε να επισημάνουμε την
περαιτέρω εξέλιξη των σκοτεινών άστρων," λέει ο Gondolo. "Θα μπορούσαν να
κρατήσουν μήνες ή 600 εκατομμύρια χρόνια ή δισεκατομμύρια χρόνια και να είναι ακόμα
τριγύρω μας. Πρέπει να τα ψάξουμε."
Ο ίδιος πραγματοποίησε τη μελέτη μαζί με την αστροφυσικό Katherine Freese του
πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν, και τον μεταπτυχιακό
σπουδαστή Douglas Spolyar του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στην πόλη Santa Cruz.
Ο Gondolo λέει ότι θέλησε να ονομάσει το νέο, θεωρητικό είδος, αόρατο
άστρο "καφέ γίγας" - παρόμοια με τα αμυδρά αλλά μικρότερα,
στο μέγεθος του Δία αστέρια γνωστά ως "καφέ νάνοι." Αλλά οι
συνεργάτες του επέμεναν στο όνομα "σκοτεινά αστέρια," από το τραγούδι
"Dark Star" που παίχτηκε για πρώτη φορά το 1967 από το
συγκρότημα The Grateful Dead.
"Είναι πιο ασυνήθιστο", αναγνωρίζει ο Gondolo.
Σκοτεινή ύλη, το Big Bang και τα πρώτα αστέρια
Ο Gondolo λέει ότι μερικές μελέτες έχουν εξετάσει το ρόλο της σκοτεινής
ύλης στην εξέλιξη του πρώιμου Κόσμου, αλλά έως τώρα όχι για το σχηματισμό
των πρώτων αστεριών.
Οι επιστήμονες ξέρουν ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει επειδή οι γαλαξίες
περιστρέφονται γρηγορότερα από όσο μπορεί να εξηγηθεί από την ορατή ύλη μέσα
σε αυτούς. Επίσης, οι παρατηρήσεις από τους δορυφόρους, τα μετεωρολογικά μπαλόνια
σαν το BOOMERANG και τα
τηλεσκόπια έχουν οδηγήσει στην εκτίμηση ότι όλη η ορατή ύλη
αντιπροσωπεύει μόνο το 4% του Κόσμου, που επίσης αποτελείται
από 23% σκοτεινή ύλη και από 73% σκοτεινή ενέργεια -
μια ακόμα άγνωστη δύναμη που αναγκάζει το σύμπαν να διαστέλλεται και
μάλιστα με επιτάχυνση, λέει ο Gondolo.
Τα
WIMPS - ή Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Βαριά Σωματίδια - είναι μεταξύ των κυριότερων
υποψηφίων για τη σκοτεινή ύλη. Ο Gondolo διευκρινίζει ότι τα "νετραλίνο"
είναι ένας τύπος των WIMP που πρέπει να υπάρχει κάτω υπό ορισμένες θεωρίες
της σωματιδιακής φυσικής, που επιδιώκουν να εξηγήσουν την προέλευση της μάζας στον
Κόσμο.
Οι επιστήμονες γενικά θεωρούν ότι ο Κόσμος δημιουργήθηκε πριν 13,7
δισεκατομμύρια χρόνια με μια ξαφνικό διαστολή ή έναν "πληθωρισμό" του
χρόνου και του χώρου γνωστό ως "Μεγάλη Έκρηξη."
Η αναλαμπή εκείνης της Έκρηξης - η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου
Μικροκυμάτων - ανέπτυξε μικρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία
αναγκάζοντας έτσι την πιο πρώιμη ύλη του Κόσμου να αρχίσει να
συγκεντρώνεται μαζί σε ομάδες, μια διαδικασία
που επιταχύνθηκε από τη βαρύτητα και που παρήγαγε τα πρώτα αστέρια και
τους πρώτους γαλαξίες. Η ύλη ήταν συνήθως σκοτεινή ύλη αλλά περιλάμβανε
και την
κανονική ύλη υπό μορφή αερίου υδρογόνου και ηλίου.
Η συμβατική θεωρία για το πως γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια υποστηρίζει ότι
καθώς τα άτομα του υδρογόνου και του ηλίου συγκεντρώθηκαν σε συμπαγείς
ομάδες και στροβιλίστηκαν
μαζί στα πρωτο-αστρικά νέφη, άρχισαν να ψύχονται, κάνοντας έτσι το νέφος
να συρρικνωθεί και να γίνρει πιο πυκνό. Η ψύξη και η συρρίκνωση του όγκου του εμβρυικού
άστρου συνεχιζόταν έως ότου ξεκίνησε η σύντηξη του υδρογόνου προς ήλιο,
αναφλέγοντας έτσι τη 'μηχανή' της σύντηξης τόσο στον ήλιό μας όσο και στα
άλλα αστέρια.
Η νέα άποψη
Για τη νέα μελέτη, οι αστροφυσικοί υπολόγισαν πώς η σκοτεινή ύλη θα
είχε μια επίπτωση τόσο στη θερμοκρασία όσο και στην πυκνότητα του αερίου που
συγκεντρώθηκε σε συμπαγείς ομάδες για να διαμορφώσει τα πρώτα αστέρια.
Τα συμπεράσματα προτείνουν ότι τα νετραλίνο της σκοτεινής ύλης
αλληλεπίδρασαν έτσι ώστε να "εξαϋλώσουν" το ένα το άλλο, παράγοντας
έτσι κουάρκ και αντικουάρκ, δηλαδή την αντιύλη τους. Αυτή η διαδικασία
γέννησε τη θερμότητα. Καθώς το πρωτο-αστρικό νέφος του υδρογόνου και του ηλίου προσπάθησε να
ψυχθεί και να συρρικνωθεί, η σκοτεινή ύλη θα το κρατούσε καυτό και
μεγάλο, εμποδίζοντας έτσι τη σύντηξη από το να ανάψει τη μηχανή της ανάφλεξης
του αστεριού.
"Η θέρμανση (από την σκοτεινή ύλη) μπορεί να αντιδράσει στην ψύξη, και έτσι το αστέρι σταματά
για μια στιγμή να συστέλλεται, σχηματίζοντας ένα σκοτεινό αστέρι," περίπου 80
έως 100 εκατομμύρια έτη μετά από το big bang, εξηγεί ο Gondolo. "Αυτό
είναι το κύριο αποτέλεσμα της μελέτης."
Τα σκοτεινά αστέρια θα περιείχαν τη συνηθισμένη κανονική ύλη - συνήθως υπό
μορφή μορίων υδρογόνου και ηλίου - αλλά θα ήταν πολύ πιο μεγάλα από τον
ήλιο μας και άλλα αστέρια, προσθέτει. Θα ακτινοβολούσαν
υπέρυθρες ακτίνες, που είναι θερμότητα.
"Θα ήταν πολύ μεγαλύτερα από τον ήλιο," πιστεύει ο Gondolo, με
μια διάμετρο που κυμαίνεται από 4 αστρονομικές μονάδες (τέσσερις φορές τη μέση απόσταση μεταξύ του ήλιου και της γης) ως 2.000
αστρονομικές μονάδες - αρκετά μεγάλα για να καταπιούν 15.000 ηλιακά συστήματα
σαν το δικό μας.
Τα κουάρκ μαζί με τα αντι-κουάρκ που θα παράγονταν μέσα στο
σκοτεινό αστέρι, στη συνέχεια, θα παρήγαγαν δευτερογενή σωματίδια
συμπεριλαμβανομένων και ακτίνων γάμμα, νετρίνα καθώς και αντιύλη, όπως τα
ποζιτρόνια και αντιπρωτόνια, εξηγεί ο Gondolo.
"Με γυμνά μάτια, δεν μπορείτε να δείτε ένα σκοτεινό αστέρι. Αλλά
η ακτινοβολία θα σας έψηνε."
Επιπτώσεις από τα σκοτεινά άστρα
Ο Gondolo λέει ότι τα σκοτεινά αστέρια έχουν μερικές σημαντικές
επιπτώσεις πάνω στην αστροφυσική:
-- Αντιπροσωπεύουν μια νέα φάση στην εξέλιξη των αστεριών.
-- Η πιθανή ύπαρξή τους θα μπορούσε να βοηθήσει στην αναζήτηση
και τον προσδιορισμό της σκοτεινής ύλης. Οι ακτίνες γάμμα, τα νετρίνα και
η αντιύλη έχουν χαρακτηριστικές ενεργειακές υπογραφές εάν προέρχονται
από τη σκοτεινή ύλη.
-- Θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση για το πώς διαμορφώθηκαν
τα βαριά στοιχεία. Τα πρώτα αστέρια ήταν υποθετικά το λίκνο για τα βαριά στοιχεία ή
τα βαρύτερα από τον άνθρακα, που παράγονται μέσα τους μέσω της πυρηνικής
σύντηξης. Αλλά εάν τα σκοτεινά αστέρια υπήρξαν και δεν εξελίχθηκαν αργότερα
σε κανονικά αστέρια, δεν έκαψαν τον άνθρακα. "Ίσως ο άνθρακας να προήλθε
από άλλα αστέρια" - ίσως τα συμβατικά αστέρια να διαμορφώθηκαν εκεί όπου δεν
υπήρξε καμιά σκοτεινή ύλη εκεί κοντά, λέει ο Gondolo.
-- Τα σκοτεινά αστέρια μπορούν να εξηγήσουν γιατί οι μαύρες τρύπες - τα
πολύ βαριά αστέρια που έχουν καταρρεύσει κι είναι πολύ πυκνά -
σχηματίστηκαν πολύ γρηγορότερα από το αναμενόμενο. Ο Gondolo λέει ότι οι
μαύρες τρύπες ξεκίνησαν να υπάρχουν μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά από τη
Μεγάλη Έκρηξη, όμως οι τρέχουσες θεωρίες λένε ότι χρειάστηκαν περισσότερο
για να σχηματιστούν. "Αυτά τα σκοτεινά αστέρια μπορούν να βοηθήσουν. Θα μπορούσαν
δηλαδή να
καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες πολύ νωρίς, επειδή είναι πολύ βραχύβια και
σχηματίστηκαν όταν ο Κόσμος ήταν νέος, τουλάχιστον σε ένα σενάριο."
Μια άλλη πιθανότητα που υπάρχει είναι ότι τα σκοτεινά αστέρια διατηρήθηκαν
πολύ λίγο, αλλά τελικά μετατράπηκαν σε συμβατικά αστέρια. Ο Gondolo και οι
συνάδελφοι του, εντούτοις, υποστηρίζουν ότι το αέριο που ψύχεται και η σκοτεινή
ύλη που θερμαίνει μέσα σε ένα σκοτεινό αστέρι, μπορεί να παραμείνει σε
ισορροπία, επιτρέποντας κατ' αυτό τον τρόπο στα σκοτεινά αστέρια να επιζήσουν, αλλά αυτό
εξαρτάται από ορισμένες υποθέσεις για τη μάζα των νετραλίνο.
"Δεν ξέρουμε πόσο καιρό ζουν τα νετραλίνο, κι έτσι σκεπτόμαστε. Εξαρτάται
πάρα πολύ από τις παραμέτρους του μοντέλου."
|
