Συγκέντρωση σκοτεινής ύλης μπορεί να δεσπόζει κοντά στο ηλιακό μας σύστημα

Πηγή: New Scientist, Reuters, 19 Νοεμβρίου 2008

Ένα όργανο πάνω σε ένα μπαλόνι που πέταξε σε ύψος πολλών χιλιομέτρων πάνω από την Ανταρκτική, ανακάλυψε ενδείξεις για την ύπαρξη μιας πιθανής μεγάλης συγκέντρωσης της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης σχετικά κοντά στο ηλιακό μας σύστημα.

Συγκεκριμένα, εντοπίστηκε μια απρόσμενη ποσότητα πολύ υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων από ηλεκτρόνια (300 έως 800 GeV) που προέρχονται από άγνωστη πηγή, σε απόσταση περίπου 3.000 έτη φωτός από το ηλιακό μας σύστημα. Ένα έτος φωτός είναι 10 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα, η απόσταση που ταξιδεύει το φως σε ένα χρόνο.

Αυτή η εικόνα δείχνει επιστήμονες να πετάνε ένα μπαλόνι από το Williams Field στην Ανταρκτική τον Δεκέμβριο του 2005, που μεταφέρει ένα επιστημονικό όργανο και το οποίο εντόπισε πιθανές αποδείξεις για τη σκοτεινή ύλη στο διάστημα. Το όργανο εντόπισε μια απρόσμενα μεγάλη ποσότητα κοσμικών ακτίνων από ηλεκτρόνια πολύ υψηλής ενέργειας, που προέρχονται από μια άγνωστη πηγή εντός περίπου 3.000 ετών φωτός από το ηλιακό σύστημα - σχετικά κοντά για αστρονομικές τιμές. Μία εξήγηση είναι ότι τα ηλεκτρόνια μπορεί να έχουν δημιουργηθεί όταν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης συγκρούστηκαν μεταξύ τους, προκαλώντας την κοινή τους εξαΰλωση. Οι επιστήμονες πιστεύουν πως ίσως το 25 τοις εκατό του σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ύλη, η οποία είναι αόρατη και λίγο κατανοητή.

Η εξήγηση που δίνεται είναι ότι τα ηλεκτρόνια μπορεί να γεννήθηκαν όταν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης συγκρούστηκαν μεταξύ τους, προκαλώντας την κοινή τους εξαΰλωση, σύμφωνα με τον καθηγητή φυσικής John Wefel στο πανεπιστήμιο της Louisiana.

Οι επιστήμονες πιστεύουν πως ίσως το 25 τοις εκατό του σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ύλη, η οποία αντιδρά στη βαρύτητα, με τον ίδιο τρόπο όπως και η συνηθισμένη ύλη, τα αστέρια και οι πλανήτες.

Ενώ η σκοτεινή ύλη εκτιμάται ότι είναι διάσπαρτη σε ολόκληρο το σύμπαν, είναι αόρατη και λίγο κατανοητή. Γι αυτό και οι επιστήμονες πασχίζουν να βρουν στέρεες αποδείξεις για τη σκοτεινή ύλη, και η νέα μελέτη θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προόδου σε αυτή την προσπάθεια.

"Είναι η πρώτη έμμεση ανίχνευση της υπογραφής των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης," λέει ο Wefel, επικεφαλής της έρευνας που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.

Οι επιστήμονες νομίζουν ότι η συνηθισμένη ύλη ανέρχεται περίπου στο 5% της μάζας του σύμπαντος. Το υπόλοιπο περίπου 70% είναι η σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδης ουσία που μπορεί να κάνει το σύμπαν να επεκτείνεται με επιτάχυνση.

Οι επιστήμονες λένε ότι είναι πιθανό πως τα ηλεκτρόνια που εντοπίστηκαν σε αυτή την έρευνα μπορεί να έχουν παραχθεί από μια πιο συμβατική πηγή - ίσως από ένα περιστρεφόμενο άστρο νετρονίων, το πάλσαρ που εκπέμπει μια δέσμη ακτινοβολίας, ή από μια μεσαίου μεγέθους μαύρη τρύπα ή από τα απομεινάρια μιας σουπερνόβα.

Οι επιστήμονες νομίζουν ότι η σκοτεινή ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το σύμπαν, σε συγκεντρώσεις που σχηματίζονται γύρω από την κανονική ύλη - για παράδειγμα γύρω από τους γαλαξίες - λόγω της βαρυτικής έλξης.

Έτσι θεωρούν πως τα ηλεκτρόνια που εντοπίστηκαν από το όργανο μπορεί να προέρχεται από μία από αυτές τις συγκεντρώσεις, η οποία βρίσκεται σχετικά κοντά στο ηλιακό σύστημα.

"Αν τα δεδομένα μας είναι προς τη σωστή κατεύθυνση πρέπει να είναι κάποιο είδος σμήνους σκοτεινής ύλης," είπε ο Wefel.

Τα ηλεκτρόνια που εντοπίστηκαν από το όργανο φαίνεται να ταιριάζει με θεωρίες σχετικά με το τι θα παράγεται όταν συγκρούονται σωματίδια σκοτεινής ύλης και ακολούθως εξαΰλώνουν το ένα το άλλο.

"Η εξαΰλωση των εξωτικών αυτών των σωματιδίων θα παράγει κανονική σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, πρωτόνια, αντιπρωτόνια και ότι μπορεί να παρατηρηθεί από τους επιστήμονες,", δήλωσε ο Eun-Suk Seo του Πανεπιστημίου του Maryland. Αυτό το είδος σωματιδίων της σκοτεινής ύλης ανήκει στην κατηγορία των σωματιδίων WIMP, υποψήφια συστατικά της σκοτεινής ύλης τα οποία βασίζονται σε θεωρίες που λένε ότι το σύμπαν έχει κι άλλες διαστάσεις.

Το 2007 ο δορυφόρος WMAP της NASA ανίχνευσε μια μεγάλη ποσότητα μικροκυμάτων με προέλευση το κέντρο του γαλαξία μας, η οποία επίσης θεωρήθηκε ότι προερχόταν από συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης (όμως το πείραμα της Ανταρκτικής ανίχνευσε 200 φορές περισσότερη εν δυνάμει σκοτεινή ύλη σε σχέση με την εκπομπή από το γαλαξιακό κέντρο). Πριν λίγους μήνες εξάλλου, μια άλλη επιστημονική ομάδα ανακοίνωσε ότι βρήκε ενδείξεις σκοτεινής ύλης με τη βοήθεια του ανιχνευτή Pamela. Τέλος, το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων-γ Fermi άρχισε ήδη να ψάχνει για πιθανές πηγές σκοτεινής ύλης.

Ακόμα και αν η ανακάλυψη πάνω από την Ανταρκτική αποδειχθεί τελικά ότι δεν αφορά σκοτεινή ύλη, έχει τη σημασία της, σύμφωνα με τον καθηγητή αστροφυσικής του πανεπιστημίου του Εδιμβούργου Andy Taylor, γιατί οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμα κατανοήσει τι είναι αυτό επιταχύνει τα ηλεκτρόνια και τα άλλα φορτισμένα σωματίδια στο σύμπαν, δημιουργώντας το αίνιγμα της κοσμικής ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας, ένα μυστήριο διαφορετικό από αυτό της σκοτεινής ύλης, που επίσης χρήζει εξήγησης.

Το όργανο που χρηματοδοτήθηκε από τη NASA μεταφέρθηκε σε υψόμετρο περίπου 40 χιλιομέτρων πάνω από την Ανταρκτική χρησιμοποιώντας ένα μπαλόνι γεμάτο ήλιο, στο μέγεθος ενός μεγάλου σταδίου.

Η έρευνα ήταν μέρος του Advanced Thin Ionization Calorimeter ή ATIC, μια συνεργασία με συμμετοχή επιστημόνων από τις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Γερμανία, τη Ρωσία και την Κίνα.