Ορισμένες ηλιακές εκλάμψεις μπορεί να προκαλούνται από την σκοτεινή ύλη

Πηγή: NewScientist, 22 Αυγούστου 2008

Ορισμένες ηλιακές εκλάμψεις μπορεί να προκληθούν από τα άξιον, τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης που αναβλύζουν από το κέντρο του Ήλιου, προτείνουν νέοι υπολογισμοί του καθηγητή Κωνσταντίνου Ζιούτα.

Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι ξαφνικές αλλαγές στην φωτεινότητα του Ήλιου και φαίνεται να προκαλούνται όταν τα συστρεμμένα μαγνητικά πεδία στον Ήλιο ανοίγουν απότομα και επανασυνδέονται εκρηκτικά.

Μια ισχυρή έκλαμψη ακτίνων-χ (το μεγάλο λευκό τμήμα κάτω από το κέντρο) που ξέσπασε στον Ήλιο στις 28 Οκτωβρίου 2003

Όμως θα μπορούσαν να προκληθούν και από την σκοτεινή ύλη, την μυστηριώδη οντότητα που συνθέτουν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του σύμπαντος - εάν αυτή είναι κατασκευασμένη από τα θεωρητικά σωματίδια ονομάζονται, άξιον.

Τα άξιον είχαν προταθεί κατά τη δεκαετία του 1970 για να εξηγήσουν το μέγα μυστήριο του σύμπαντός μας, γιατί υπάρχει ύλη κι όχι αντιύλη.

Τα σωματίδια αυτά θα πρέπει να παράγονται βαθιά μέσα στον Ήλιο και θα πρέπει να αλληλεπιδρούν με κάποια από τα μαγνητικά πεδία του Ήλιου καθώς αυτά ρέουν προς τα έξω, παράγοντας εκλάμψεις, που   κυρίως εκπέμπουν ακτινοβολία σε μήκη κύματος της περιοχής των ακτίνων Χ.

Φυσικοί είχαν προβλέψει ότι οι εν λόγω εκλάμψεις που δημιουργούνται λόγω των άξιον, θα έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά - για παράδειγμα, τα φωτόνια των εκλάμψεων των ακτίνων-Χ, αναμενόταν να ταξιδεύουν ακτινωτά προς τα έξω από τον Ήλιο. Αλλά οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι έβγαιναν με όλες τις γωνίες.

Τώρα, ερευνητές με επικεφαλής τον φυσικό Κωνσταντίνο Ζιούτα του Πανεπιστημίου των Πατρών, δηλώνουν πως έχουν λυθεί τέτοιες διαφορές.

Κατά το σενάριο τους, οι πρώτες ακτίνες Χ που παράγονται από τα άξιον θα ιονίζουν την περιβάλλουσα ύλη. Τα ηλεκτρόνια που ελευθερώνονται στο πλαίσιο αυτής της διαδικασίας θα αναγκάσουν τις επόμενες ακτίνες-Χ να σκεδαστούν, εξηγώντας έτσι γιατί τα φωτόνια δεν δείχνουν καμία προτίμηση στην κατεύθυνση κατά την έξοδό τους από τον Ήλιο.

Ο Ζιούτας λέει ότι η λεπτομερής ανάλυση των εκλάμψεων θα δείξει τα βάθη στα οποία σχηματίζονται μέσα στον ήλιο. Αυτό με τη σειρά του θα μπορούσε να ρίξει φως στο πώς είναι τα άξιον, αφού η μάζα τους συνδέεται με την πυκνότητα του ηλιακού πλάσματος, μέσα στο οποίο αυτά θα είναι σε θέση να παράγουν φωτόνια ακτίνων Χ.

Ξέροντας τη μάζα των άξιον οι κοσμολόγοι θα μπορούσαν να εκτιμήσουν πόσα είχαν παραχθεί στις αρχές του σύμπαντος, για να καταλάβουμε έτσι το κλάσμα της σκοτεινής ύλης που αποτελείται από άξιον, αλλά και από τι είναι κατασκευασμένα άλλα υποψήφια σωματίδια της σκοτεινής ύλης, γνωστά ως σωματίδια WIMP.

Η νέα μελέτη είναι περισσότερο ποιοτική παρά ποσοτική, λέει ο Konrad Dennerl του Ινστιτούτου Max Planck. Αλλά διευκρινίζει πως παρόλο που οι ηλιακές εκλάμψεις μπορούν κυρίως να εξηγηθούν από συμβατική φυσική, ακόμα αποτελούν ένα μυστήριο.

"Αυτό που βλέπουμε μπορεί κάλλιστα να είναι μια υπέρθεση διαφορετικών φαινομένων", λέει. "Φυσικά υπάρχει χώρος και για διαφορετική άποψη και τα άξιον είναι μια εικασία για το πώς θα μπορούσε να είναι."

Ηλιακές εκλάμψεις

Η έκλαμψη είναι μια βίαιη έκρηξη στην ατμόσφαιρα ενός άστρου, όπως είναι ο ήλιος μας, απελευθερώνοντας συνολικά μέχρι και 6×10²⁵ Joules. Οι ηλιακές εκλάμψεις λαμβάνουν χώρα στο ηλιακό στέμμα και στην χρωμόσφαιρα, θερμαίνοντας το πλάσμα σε δεκάδες εκατομμύρια Κέλβιν, και επιταχύνοντας τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα βαρύτερα ιόντα κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Παράγουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, σε όλα τα μήκη κύματος από τα μακρά ραδιοφωνικά κύματα έως τα πολύ μικρά μήκη κύματος, τις ακτίνες γάμμα.

Οι περισσότερες εκλάμψεις εμφανίζονται σε περιοχές που δραστηριοποιούνται γύρω από ηλιακές κηλίδες, όπου αναδύονται από την επιφάνεια του ήλιου έντονα μαγνητικά πεδία στο στέμμα. Οι εκλάμψεις εμφανίζονται ξαφνικά (σε χρόνους από λίγα λεπτά έως δεκάδες λεπτά) απελευθερώνοντας τη μαγνητική ενέργεια που αποθηκεύεται στο στέμμα.

Οι ακτίνες Χ και η υπεριώδη ακτινοβολία που εκλύεται από μία ηλιακή έκλαμψη μπορεί να επηρεάσει την ιονόσφαιρα της Γης και την αποδιοργάνωση μεγάλου βεληνεκούς ραδιοφωνικών εκπομπών. Επίσης, να διαταράξουν την λειτουργία των ραντάρ και άλλων συσκευών που λειτουργούν στις ραδιοσυχνότητες μήκους κύματος λίγων εκατοστών.

Για πρώτη φορά παρατηρήθηκαν ανεξάρτητα από τους Richard Christopher Carrington και Richard Hodgson το 1859 ως τοπικές φωτεινές περιοχές σε μια ομάδα ηλιακών κηλίδων. Επίσης, έχουν παρατηρηθεί και σε άλλα αστέρια.

Η συχνότητα εμφάνισης των ηλιακών εκλάμψεων ποικίλλει, από αρκετές ανά ημέρα, όταν ο ήλιος είναι ιδιαίτερα «ενεργός» έως λιγότερο από μία κάθε εβδομάδα, όταν ο ήλιος είναι «ήσυχος». Οι μεγάλες εκλάμψεις είναι λιγότερο συχνές από ό,τι οι μικρότερες. Η Ηλιακή δραστηριότητα μεταβάλλεται με ένα κύκλο 11 ετών (ο γνωστός ηλιακός κύκλος). Κατά την αιχμή του κύκλου υπάρχουν συνήθως περισσότερες κηλίδες, και άρα περισσότερές ηλιακές εξάρσεις.