Οι υπερκαινοφανείς κάνουν τη σκοτεινή ύλη να φουσκώνει

Πηγή: New Scientist, 2 Αυγούστου 2006

Η αόρατη σκοτεινή ύλη στο κέντρο των γαλαξιών δεν είναι τόσο πυκνή όσο αναμέναμε - και τώρα ξέρουμε γιατί. Φαίνεται ότι οι εκρήξεις των εξαντλημένων παλαιών άστρων είναι υπεύθυνες για το 'φούσκωμα' της σκοτεινής ύλης. Αυτές οι υπερκαινοφανείς εκρήξεις μπορούν, επίσης, να είναι αιτία για ένα μυστήριο έλλειμμα στο ποσοστό των νάνων γαλαξιών στο σύμπαν.

Οι προσομοιώσεις υπολογιστών έδειξαν ότι τη σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι πυκνότερη στα κέντρα των γαλαξιών, όπως αυτός, αλλά οι παρατηρήσεις παρουσιάζουν ότι είναι σταθερή κατά τη διάρκεια χιλιάδων ετών φωτός - και σε αυτό το φαινόμενο θα μπορούσαν να θεωρηθούν υπεύθυνες οι υπερκαινοφανείς εκρήξεις

Περισσότερο από το 80% της ύλης στον κόσμο είναι σε κάποια παράξενη και μη ανιχνευθείσα ακόμη μορφή. Μπορούμε να δούμε τη βαρυτική επίδραση αυτής της σκοτεινής ύλης, αλλά δεν μπορούμε να την προσδιορίσουμε. Οι προσομοιώσεις των υπολογιστών έχουν αναδημιουργήσει το σενάριο πως συγκεντρώθηκε η σκοτεινή ύλη μαζί με το κανονικό αέριο στο πρώιμο σύμπαν για να διαμορφώσει τους μικρούς γαλαξίες και πώς αργότερα αυτοί οι μικροί γαλαξίες συγχωνεύτηκαν κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών για να δημιουργήσουν τα τεράστια συστήματα των άστρων, όπως είναι ο Γαλαξίας μας.

Οι προσομοιώσεις, εντούτοις, αύξησαν ένα μυστήριο. Έδειξαν ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης πρέπει να είναι αισθητά μεγαλύτερη στο κέντρο των γαλαξιών, ενώ οι παρατηρήσεις των κινήσεων των αστεριών αποκαλύπτουν ότι οι πυρήνες της σκοτεινής ύλης των γαλαξιών είναι πιο αραιοί, με τις πυκνότητες τους να είναι σταθερές σε αποστάσεις χιλιάδων ετών φωτός.

"Ξέρουμε για αυτό το πρόβλημα πάνω από 10 χρόνια", λέει ο Sergey Mashchenko από το πανεπιστήμιο McMaster στο Χάμιλτον του Οντάριο.

Οι αστρονόμοι έχουν προτείνει διάφορες πιθανές δικαιολογίες για αυτήν την ανωμαλία. Παραδείγματος χάριν, σκέφτηκαν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να 'ξεφουσκώνει' επειδή η κάποια εξωτική δύναμη μεταξύ των σωματιδίων - εκτός από τη βαρύτητα - τα κάνει να συγκρουστούν και να διασκορπιστούν το ένα από το άλλο. Έτσι, τώρα ο Mashchenko και οι συνάδελφοί του έχουν δείξει ότι η μείωση της πυκνότητας της σκοτεινής ύλης οφείλεται  στις εκρήξεις των τεράστιων αστεριών στο τέλος της ζωής τους. Στην έξαρση τους, αυτοί οι υπερκαινοφανείς μπορούν να επισκιάσουν τους γαλαξίες που τους φιλοξενούν.

Ο Mashchenko σκέφτηκε λοιπόν ότι τα κύματα κλονισμού από τους υπερκαινοφανείς πρέπει να αναδεύουν το διαστρικό αέριο σε έναν γαλαξία, και ότι οι διαταραχές της βαρύτητας που δημιουργούνται από αυτό το διαχεόμενο αέριο πρέπει στη συνέχεια να εξομαλύνουν τη μεγάλη πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στο κέντρο του γαλαξία. Για να εξετάσει αυτό το σενάριο, η ομάδα του χρησιμοποίησε έναν υπερυπολογιστή για να προσομοιώσει την εξέλιξη ενός μικρού, αρχέγονου γαλαξία που ξεκίνησε μια κεντρική μεγάλη πυκνότητα της σκοτεινής ύλης. Ξέρουμε ότι συμβαίνουν μόλις 80 εκρήξεις υπερκαινοφανών ανά 1 εκατομμύριο χρόνια - μια χαρακτηριστική τιμή που αναμένεται στους νάνους γαλαξίες σήμερα - αλλά είναι αρκετές για να μειώσουν την πυκνότητα της σκοτεινής ύλης και για να ταιριάξει με τις παρατηρήσεις, εάν αυτό συνεχιστεί για τουλάχιστον 100 εκατομμύρια περίπου έτη (Nature, vol 443, p 539).

Το ίδιο μοντέλο μπορεί επίσης να λύσει κι ένα άλλο αίνιγμα. Το σύμπαν έχει πολύ λιγότερους νάνους γαλαξίες - που περιέχουν αρκετά δισεκατομμύρια αστέρια έναντι των εκατοντάδων δισεκατομμυρίων στους μεγαλύτερους γαλαξίες -  προβλέπεται από κοσμολογικές προσομοιώσεις. Στις προσομοιώσεις του Mashchenko, επειδή οι υπερκαινοφανείς μείωσαν την αρχική μεγάλη πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στο κέντρο των γαλαξιών, οι νάνοι γαλαξίες ήταν λιγότερο δεσμευμένοι από τη βαρύτητά τους. Αν λοιπόν αυτοί οι νάνοι γαλαξίες συναντούσαν μεγαλύτερους γαλαξίες θα είχε αποσχιστεί πολύ εύκολα, και αυτό μπορεί να εξηγήσει τη σπανιότητά τους.

Home