Abell 2029: Καυτά Νέα για τη Ψυχρή Σκοτεινή Ύλη

Από σελίδα του Chandra, 11 Ιουνίου 2003

Το σμήνος των γαλαξιών Abell 2029 αποτελείται από χιλιάδες γαλαξίες, που περιβάλλονται μέσα σε ένα γιγαντιαίο νέφος καυτού αερίου, και μια ποσότητα σκοτεινής ύλης ισοδύναμη με περισσότερο από εκατό τρισεκατομμύρια ήλιους. Στο κέντρο αυτού του σμήνους είναι ένας τεράστιος ελλειπτικός γαλαξίας, που θεωρείται ότι έχει διαμορφωθεί από  συγχωνεύσεις πολλών άλλων μικρότερων γαλαξιών.

Η εικόνα, που τράβηξε το διαστημικό παρατηρητήριο των ακτίνων-Χ Chandra, δείχνει μια ομαλή αύξηση της έντασης των ακτίνων-Χ στον κεντρικό γαλαξία του σμήνους. Αυτές οι ακτίνες X παράγονται από το καυτό αέριο εκατομμυρίων βαθμών, το οποίο περιορίζεται στο σμήνος πρώτιστα από τη βαρύτητα της σκοτεινής ύλης. Με μετρήσεις ακριβείας της κατανομής της θερμοκρασίας και της έντασης των ακτίνων X, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να κάνουν τον καλύτερο χάρτη που έχει γίνει ποτέ, της κατανομής της σκοτεινής ύλης στην εσωτερική περιοχή του σμήνους των γαλαξιών.

Τα στοιχεία των ακτίνων X υπονοούν ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης αυξάνει ομαλά στον κεντρικό γαλαξία του σμήνους. Αυτή η ανακάλυψη συμφωνεί με τις προβλέψεις των μοντέλων της ψυχρής σκοτεινής ύλης, και είναι αντίθετη προς άλλα μοντέλα σκοτεινής ύλης, που προβλέπουν μια ομοιομορφία της ποσότητας της σκοτεινής ύλης στο κέντρο του σμήνους.

Εάν το σμήνος Abell 2029 είναι ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα του σύμπαντος, αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το 70 έως 90 τοις εκατό της μάζας του σύμπαντος αποτελούνται από τη ψυχρή σκοτεινή ύλη - μυστηριώδη σωματίδια που ξέμειναν από το πυκνό αρχικό σύμπαν, και που αλληλεπιδρούν το ένα με το άλλο και με την "κανονική" ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας. Η ψυχρή σκοτεινή ύλη παίρνει το όνομά της από την υπόθεση ότι τα σωματίδια της ψυχρής σκοτεινής ύλης κινούνταν αργά όταν  άρχισαν να σχηματίζονται οι γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών. Η ακριβής φύση αυτών των σωματιδίων μας είναι ακόμα άγνωστη.

Η σκοτεινή ύλη

Μυστήριο περιβάλλει τη σκοτεινή ύλη, μια ακαθόριστη ουσία στο Σύμπαν που δεν μπορούμε να τη δούμε αλλά μπορούμε μόνο να την ανιχνεύσουμε μέσω της βαρυτικής της επίδρασης σε κάθε γαλαξία.

Μια πρόσφατη έρευνα αναφέρει ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να περιτυλίγεται από μια ζώνη δισεκατομμυρίων αστεριών, εκτός των γνωστών σπειρών του. Η εργασία αυτή μπορεί να είναι η σημαντικότερη για την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης στο Γαλαξία μας.  Αυτός ο δακτύλιος μπορεί να γίνει ο ανιχνευτής που θα μας επιτρέψει να εξετάσουμε τη σκοτεινή ύλη για πρώτη φορά.

Αν καταφέρουν να μετρήσουν οι αστρονόμοι τα αποτελέσματα της βαρύτητας στον αστρικό δακτύλιο, θα μπορούσαν να χαρτογραφήσουν με ποιο τρόπο κατανέμεται η σκοτεινή ύλη. Παραδείγματος χάριν, εάν αυτή κατανέμεται ομοιόμορφα ή σχηματίζει ένα δακτύλιο δηλαδή ένα φωτοστέφανο ή μια σφαίρα γύρω από το Γαλαξία μας.

Μάλλον η κατανομή της σαν δακτυλίδι ταιριάζει καλύτερα στην πρόσφατη εργασία.

Είναι επίσης ασαφές πώς μια έχει διαμορφωθεί μια τέτοια δομή. Η μια δυνατότητα είναι τα αστέρια να δημιουργήθηκαν μέσα στο Γαλαξία μας αλλά πετάχτηκαν έξω κατά τη διάρκεια του χρόνου. Άλλη πιθανότητα είναι ότι η βαρύτητα του Γαλαξία μας διαχώρισε έναν μικρότερο δορυφορικό γαλαξία σε κομμάτια αφήνοντας αυτά τα εξωτερικά συντρίμμια γύρω του.

Η σκοτεινή ύλη μπορεί τελικά να φανερώσει κάποια εξωτικά νέα είδη αστρονομικών αντικειμένων ή θεμελιωδών σωματιδίων. Οι θεωρητικοί φυσικοί διαθέτουν μιά τεράστια λίστα υποθετικών σωματιδίων, που μπορεί να είναι μέρη της σκοτεινής ύλης. Για παράδειγμα τα WIMP, βαρυτίνα, φωτίνα και Higgs-ίνα. Δεν γνωρίζουμε αν πραγματικά υπάρχουν, αλλά αν υπάρχουν παίζουν βαρύνοντα ρόλο στη μάζα της σκοτεινής ύλης. Θεωρούνται δε υπολείμματα της μεγάλης έκρηξης, και δεν συμπεριλαμβάνονται στο Καθιερωμένο Πρότυπο ή Μοντέλο της Φυσικής.