Σκοτεινή ύλη μπορεί να ακτινοβολεί με ένα αόρατο 'σκοτεινό φως'

Πηγή: NewScientist, 31 Οκτωβρίου 2008

Η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να ακτινοβολεί με ένα ειδικό φως, με ξεχωριστές ιδιότητες. Αυτή η "σκοτεινή ακτινοβολία" θα είναι αόρατη σε μας, αλλά θα μπορούσαν να έχουν ακόμη και ορατά αποτελέσματα.

Οι αστρονόμοι συνήθως υποθέτουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης σπανίως αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Ο Lotty Ackerman και συνάδελφοι του στο Caltech στην Πασαντένα αποφάσισε να εξετάσει την υπόθεση αυτή, υποθέτοντας ότι υπάρχει μια δύναμη μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης και ότι συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο όπως η ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Αυτό θα σήμαινε μια νέα μορφή ακτινοβολίας που είναι προσβάσιμη μόνο από την σκοτεινή ύλη.

Οι υπολογισμοί του έδειξαν ότι θα μπορούσε να έχει το 1% της ισχύος της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης και αυτό να μην έρχεται σε αντίθεση με τυχόν παρατηρήσεις.

Εάν η δύναμη αυτή έχει αυτή την ισχύ, τότε τα αποτελέσματά της θα μπορούσαν να είναι ανιχνεύσιμα, καθώς αυτά θα πρέπει να επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συσσωρεύεται η σκοτεινή ύλη.

"Θα μπορούσε ακόμη και να βοηθήσει με κάποια  λεπτά προβλήματα που έχουμε τώρα", λέει η Sean Carroll μέλος της ομάδας. Για παράδειγμα, μπορεί να εξηγήσει γιατί υπάρχουν λιγότεροι νάνοι γαλαξίες από όσο προβλέπουν τα μοντέλα.

Η Carroll ακόμα υποθέτει ότι θα μπορούσε να υπάρχει πιο πολύπλοκη σκοτεινή ύλη, που σχηματίζει άτομα σκοτεινής ύλης με την δικιά τους χημεία - και πιθανώς με την δική τους βιολογία.

Είναι πολύ ταπεινωτικό για τους φυσικούς να ξέρουν μόνο την συνηθισμένη βαρυονική ύλη, που περιλαμβάνει και όλα τα σωματίδια που έχουν ποτέ ανιχνευθεί σε εργαστηριακά πειράματα, και αποτελεί περίπου το 5% μόνο της ενεργειακής πυκνότητας του Σύμπαντος. Το υπόλοιπο ποσοστό, φυσικά, έχει τη μορφή ενός σκοτεινού τομέα: κάποια μορφή ενεργειακής πυκνότητας η οποία μπορεί να εξαχθεί αξιόπιστα μέσω του βαρυτικού πεδίου που δημιουργεί, που όμως δεν ήμαστε σε θέση να την προσεγγίσουμε άμεσα. Είναι η περίφημη σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Πολλοί φυσικοί πίστευαν ότι αυτός ο σκοτεινός τομέας είναι περίπλοκος, με μια πλούσια δική του φαινομενολογία. Πράγματι, υπάρχει μια εξέλιξη σε αυτό το ζήτημα: τα τελευταία 15 χρόνια έχουν διαπιστώσει ότι ο σκοτεινός τομέας έρχεται σε τουλάχιστον δύο διαφορετικά κομμάτια! Υπάρχει η σκοτεινή ύλη, το 25% του σύμπαντος, που λέγεται "ύλη", επειδή συμπεριφέρεται με αυτόν τον τρόπο - και, ειδικά γιατί συσσωρεύεται μαζί κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας, και η ενεργειακή πυκνότητα του εξασθενίζει, καθώς όπως το σύμπαν διαστέλλεται. Και μετά είναι η σκοτεινή ενέργεια, το 70% του σύμπαντος, η οποία φαίνεται να κατανέμεται ομαλά μέσα στο χώρο, ενώ εξακολουθεί να μην αραιώνει με το χρόνο. Έτσι, βλέπουμε να υπάρχει αρκετή δομή στον σκοτεινό τομέα.

Αλλά μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει τίποτα άλλο πέρα από κάποια ελάχιστα δεδομένα. Για παράδειγμα τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μάλλον είναι ψυχρά (κινούνται με αργούς ρυθμούς) και ουσιαστικά δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για τη σκοτεινή ενέργεια τα ελάχιστα που ξέρουμε είναι ότι είναι απόλυτα σταθερή στο χώρο και στο χρόνο - μια ενέργεια του καθαρού κενού, και όχι κάτι πιο ζωντανό.

Στην προηγούμενη μελέτη που αναφέραμε ο Lotty Ackerman διερευνά την εξής προκλητική δυνατότητα: ότι, όπως στην απλή ύλη δρα η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μέσω των φωτονίων (διαδότες της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης), έτσι και στη σκοτεινή ύλη υπάρχει ο "σκοτεινός ηλεκτρομαγνητισμός", και οι διαδότες του είναι τα "σκοτεινά φωτόνια". Και το 'σκοτεινό' αυτό πεδίο είναι μεγάλου εύρους όπως και το κανονικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, που μπορεί να ενώσει δύο 'σκοτεινά' σωματίδια κι όχι τα κανονικά σωματίδια.

Μπορεί να υπάρχουν σκοτεινά ηλεκτρικά πεδία, σκοτεινά μαγνητικά πεδία, σκοτεινή ακτινοβολία, κλπ. Τα μισά σωματίδια της σκοτεινής ύλης έχουν σκοτεινό φορτίο +1, και τα άλλα μισά είναι αντισωματίδια με σκοτεινό φορτίο -1. Όμως τα σωματίδια και αντισωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν εξαυλώνονται σε σκοτεινά φωτόνια. Πιθανόν γιατί η ισχύς της νέας δύναμης να είναι εξαιρετικά αδύναμη, και δεν θα μπορούσαν να ενωθούν μαζί.

Ωστόσο, γνωρίζουμε και κάτι άλλο εκτός του ότι δεν εξαϋλώνονται τα σωματίδια με τα αντισωματίδια της σκοτεινής ύλης. Γνωρίζουμε και ότι δεν συγκρούονται τυχαία μεταξύ τους πολύ συχνά. Αν το έκαναν, τότε θα είχαν γίνει γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών από σκοτεινή ύλη. Γι αυτό και οι σκοτεινές ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις θα πρέπει να είναι αρκετά αδύναμες για να μην σχηματίζονται μεγάλες δομές.