Η σκοτεινή ύλη μπορεί να 'κρύβεται' σε νάνους γαλαξίες

Πηγή: Space.com, 11 Μαΐου 2007

Το σύμπαν μπορεί να είναι γεμάτο με άστρα που λάμπουν, αλλά σχεδόν το 85 τοις εκατό όλης της ύλης δεν μπορεί να φανεί, όπως δείχνουν οι υπολογισμοί. Στο κυνήγι για την αόρατη αυτή ουσία, οι αστροφυσικοί έχουν ανακαλύψει μια μικρή αλλά νέα κρυμμένη θέση για τη μυστήρια σκοτεινή ύλη: "ανακυκλωμένοι" νάνοι γαλαξίες που παράγονται από τις άγριες γαλαξιακές συγκρούσεις.

Η ανακάλυψη αυτή, που εκτίθεται λεπτομερώς στο περιοδικό Science, αντικρούει την άποψη ότι η σκοτεινή ύλη βρίσκεται στους φωτοστεφάνους γύρω από τους μεγάλους γαλαξίες. Αντίθετα αυτή μπορεί να βρεθεί μέσα στους γαλαξίες.

Η ουσία της σκοτεινής ύλης

Η σκοτεινή ύλη ενεργεί ως βαρυτική κόλλα, κρατώντας εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια άστρα μαζί σε γαλαξιακές 'σφαίρες' ή δίσκους.

"Χωρίς αυτήν ο Γαλαξίας μας έπρεπε ήδη να έχει καταρρεύσει", λέει ο Frederic Bournaud, ένα αστροφυσικός στην γαλλική Επιτροπή ατομικής ενέργειας. "Έτσι, η σκοτεινή ύλη - αυτή η απαρατήρητη δύναμη - τον συγκρατεί σαν μια κόλλα."

Οι επιστήμονες δεν έχουν καμία σταθερή ιδέα για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη στην πραγματικότητα.  Ακόμη, δεν έχουν συμφωνήσει για το τι είναι η μυστήρια ουσία, επειδή μόνο υποθέσεις μπορούν να κάνουν από τι αποτελείται.

Ενώ η σκοτεινή ύλη είναι μια πηγή βαρύτητας και αντιδρά με την κανονική ύλη στις μεγάλες κλίμακες, δεν έχει καμία μετρήσιμη επίδραση στις μικρές κλίμακες (όπως μέσα στο ηλιακό σύστημά μας), και δεν υπάρχει καμία εικόνα από αυτήν, όπως και κανένας γνωστός τρόπος για να ανιχνευθεί άμεσα.

Η συμβατική ύλη, που λέγεται 'βαρυονική' ύλη, είναι η ουσία από την οποία αποτελείται η συνηθισμένη ύλη των αστεριών και των πλανητών. Αλλά κάποιο βαρυονική ύλη δεν φαίνεται εύκολα, επειδή είναι υπό μορφή ψυχρού αερίου ή μακρινών, σκοτεινών, άστρων χωρίς καύσιμα.

Μερικοί ερευνητές χρησιμοποιούν τον όρο "σκοτεινή ύλη" για να αναφερθούν στην κανονική ύλη που δύσκολα μπορούμε να δούμε.

Αλλά η συντριπτική πλειοψηφία της απαρατήρητης αυτής ύλης είναι πιθανώς μια μη βαρυονική συμβατική ύλη, ενώ οι περισσότεροι επιστήμονες περιορίζουν τον ορισμό της σκοτεινής ύλης σε αυτήν την παράξενη μορφή.

Έτσι, μέχρι τώρα έχουν ανιχνευθεί μόνο έμμεσα συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης.

Μια μέθοδος, παραδείγματος χάριν, παίρνει την ορατή ύλη ενός γαλαξία, υπολογίζει πόσο γρήγορα θα πρέπει να κινείται και συγκρίνει έπειτα αυτό το μέγεθος με την πραγματική, παρατηρηθείσα ταχύτητα.

Για τους μεγάλους γαλαξίες, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η ορατή ύλη είναι μόνο το 10 τοις εκατό της μάζας που πρέπει να βρίσκεται εκεί.

Αλλά με το συνδυασμό εικόνων από τα τηλεσκόπια, υπολογισμούς και υπολογιστικά μοντέλα, ο Bournaud σκέφτεται πως είναι λίγο πιο κοντά στην ανακάλυψη και τον προσδιορισμό της περισσότερης από την ελλείπουσα μάζα του σύμπαντος.

Αυτή η σύνθετη εικόνα δείχνει το γαλαξία NGC5291 (πορτοκαλί στο κέντρο) καθώς και το δακτύλιο του με συντρίμμια (μπλε), όπως φαίνεται από το συμβολόμετρο του Πολύ Μεγάλου Δικτύου (VLA). Ερευνητές έχουν βρει αποδείξεις για την παρουσία της σκοτεινής ύλης σε πυκνά μέρη όπου σχηματίζονται άστρα (με το κόκκινο), όπου υπάρχουν 'ανακυκλούμενοι' νάνοι γαλαξίες.

Σύγκρουση γαλαξιών

Για να ανακαλύψουν περισσότερες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη, τα αστροφυσικοί στόχευσαν το Πολύ Μεγάλο Δίκτυο Ραδιοτηλεσκοπίων στο Νέο Μεξικό πάνω στο NGC5291, ένα σμήνος γαλαξιών περίπου 200 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Μοιάζει με ένα δαχτυλίδι, που τυλίγει έναν μεγάλο γαλαξία στο κέντρο του και έχει μικρότερους νάνους γαλαξίες μέσα σε ένα νέφος κοσμικών συντριμμιών.

Πώς όμως σχηματίστηκε μια τέτοια περίεργη ομάδα γαλαξιών;

"Περίπου πριν 360 εκατομμύρια χρόνια ένας μεγάλος γαλαξίας συγκρούστηκε με το NGC5291, που ήταν τότε ένας σπειροειδής γαλαξίας", αναφέρει ο Bournaud.

Πολλοί είναι οι ύποπτοι σε αυτή την περιοχή γι αυτόν τον γαλαξία, αλλά οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο γαλαξίας IC4329 είναι ο πρωταρχικός υποψήφιος - με μια ευθυγραμμισμένη τροχιά και έξι φορές τη μάζα του NGC5291. Μάλιστα ο ίδιος παραμένει σχετικά αμετάβλητος από την πιθανή κοσμική σύγκρουση.

Προσομοίωση

Εάν η σκοτεινή ύλη βρίσκεται στις άκρες των μεγάλων γαλαξιών, τότε μικρή ή καμιά ποσότητα δεν πρέπει να βρίσκεται στους ανακυκλωμένους νάνους γαλαξίες.

Όμως ο Bournaud έχει ανακαλύψει ότι η ορατή ύλη αποτελεί μόνο το ένα τρίτο της μάζας στους μικροσκοπικούς γαλαξίες - τόσο μεγάλοι γαλαξίες πιθανά να περιέχουν περισσότερη σκοτεινή ύλη μέσα στα γαλαξιακά όριά τους, κι όχι σε έναν φωτοστέφανο γύρω τους.

Ο Bournaud νομίζει ότι η μισή από την απαρατήρητη μάζα στους ανακυκλωμένους γαλαξίες είναι παλαιό αέριο υδρογόνου.

"Αλλά αυτό είναι μια εικασία μόνο", λέει ο Bournaud, που προσθέτει ότι τα τηλεσκόπια πρέπει τελικά να είναι σε θέση να την ανιχνεύσουν

Ανεξάρτητα από το εάν η κρυμμένη ύλη είναι ή κανονική ύλη ή σκοτεινή ύλη, εντούτοις, τίθενται σε "δοκιμή" οι τρέχουσες θεωρίες για τους ανακυκλωμένους νάνους γαλαξίες και τη θέση της σκοτεινής ύλης,  σύμφωνα με τη μελέτη.

Ο ίδιος δίνει κάποια πίστωση χρόνου για να ανακαλυφθεί η αλήθεια στις προσομοιώσεις.

"Ακόμη και πριν 10 χρόνια, οι προσομοιώσεις ήταν μακράν πίσω από τις παρατηρήσεις των τηλεσκοπίων, σήμερα όμως οι αστροφυσικοί συνδυάζουν αυτό που βλέπουν με υπολογιστικά μοντέλα για να κάνουν τις ανακαλύψεις."

Το επόμενο βήμα για να δώσει βάρος στη θεωρία του είναι να εξετάσει κι άλλα ανακυκλωμένα συστήματα νάνων γαλαξιών.

"Εάν μπορούμε να καταλάβουμε καλύτερα το σχηματισμό των γαλαξιών, τότε μπορούμε να βρούμε περισσότερη σκοτεινή ύλη", συμπληρώνει.

Οι κύριοι ύποπτοι για την σκοτεινή ύλη

1. MACHO: Οι επιστήμονες λένε ότι ο Κόσμος μπορεί να περιέχει σμήνη από "συμπαγή αντικείμενα με μάζα στον φωτοστέφανο" - ίσως αμυδρά αστέρια νετρονίων ή άστρα νάνοι, ή καφέ νάνοι ή μοναχικοί πλανήτες, ή ακόμα και άστρα που κατέρρευσαν σε μαύρες τρύπες και που έμειναν από την αρχέγονη Μεγάλη Έκρηξη. Όλα αυτά τα αντικείμενα αντιπροσωπεύουν λίγο πολύ τις συνηθισμένες καταστάσεις της ύλης αλλά δεν μπορούμε να τα δούμε (αν και κάποιος θα τα έλεγε μαύρες τρύπες "συνηθισμένες").

2. Νετρίνα: Αυτά τα υποατομικά σωματίδια φάντασμα παράγονται σε αφθονία στον ήλιό μας και σε άλλα αστέρια (καθώς επίσης και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες) αλλά σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλες μορφές ύλης. Οι φυσικοί λένε ότι ρεύματα δισεκατομμυρίων νετρίνων διέρχονται μέσα μας ακίνδυνα κάθε δευτερόλεπτο. Εάν αποδειχθεί ότι αυτά τα σωματίδια έχουν έστω και ένα μικροσκοπικό κομμάτι μάζας, τότε αυτή θα μπορούσε να αποτελέσει τουλάχιστον κάποια από την ελλείπουσα μάζα.

3. Θεωρητικά σωματίδια: Μερικοί φυσικοί έχουν προτείνει επίσης την ύπαρξη σωματιδίων που θα ήταν σχεδόν μη ανιχνεύσιμα, μέσω των αλληλεπιδράσεων τους με τη συνηθισμένη ύλη, ακόμα κι αν έχουν μάζα. Αυτά είναι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, πχ φωτίνα, νετραλίνα ή και αξιόνια. Πολλά από αυτά τα σωματίδια ανήκουν σε μια κατηγορία, που λέγεται WIMP, ή "ασθενώς αλληλεπιδρώντα  σωματίδια με μάζα".