Κοσμολογία

Σε τι μοιάζουν η σκοτεινή ύλη και ο Εκατονταετής Πόλεμος; Ο πόλεμος διήρκεσε 116 έτη και η σκοτεινή ύλη ίσως να μην είναι σκοτεινή. Σύμφωνα με την καθιερωμένη άποψη, η ουσία της σκοτεινής ύλης είναι η «σκοτεινότητά» της. Κάτι έλκει τα άστρα και τα νέφη αερίων βέβαια: όταν οι αστρονόμοι το αναζητούν, δεν βλέπουν τίποτα ―συνεπώς ό,τι κι αν είναι αυτό, δεν πρέπει να εκπέμπει ή να απορροφά φως. Και πράγματι, εάν αυτό το κάτι αποκρινόταν στο φως, οι γαλαξίες δεν θα είχαν υπάρξει καν: ο «ωκεανός» ακτινοβολίας που γέμιζε το πρώιμο Σύμπαν θα «αντιστεκόταν» στην ύλη αποτρέποντας τη συσσώρευσή της.

Παρ’ όλα αυτά, οι αστρονόμοι εικάζουν εδώ και χρόνια ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να τροφοδοτήσει κάποιες ανεξήγητες πηγές φωτός στο Σύμπαν. Η ερμηνεία αυτή υπήρξε αμφιλεγόμενη ―εν μέρει διότι καθεμία από τις ανεξήγητες πηγές φωτός θα απαιτούσε ένα διαφορετικό σύνολο ιδιοτήτων του σωματιδίου σκοτεινής ενέργειας (ή «σκοτεινού σωματιδίου»). Τώρα, δύο ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να καταστήσουν την εξήγηση της σκοτεινής ύλης πιο αληθοφανή. «Είναι μια ιδέα που στην πράξη ενοποιεί όλες αυτές τις παρατηρήσεις και μπορεί να εξηγήσει τα πάντα με ένα νέο σωματίδιο», δηλώνει ο Douglas Finkbeiner, α-στρονόμος του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian.

Ένας τρόπος παραγωγής φωτός από τη σκοτεινή ύλη θα ήταν η συνένωσή της με τη σκοτεινή αντιύλη. Η ύλη και η αντιύλη θα εξαϋλωθούν τότε παράγοντας μια αναλαμπή ακτίνων γ. Πριν από 10 χρόνια, το Παρατηρητήριο Compton Ακτίνων γ (CGRO) ανίχνευσε διπλάσια ακτινοβολία γ απ’ όση αναμενόταν από τις γνωστές διαδικασίες. Η εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να εξηγήσει αυτή την ασυμφωνία, με την υπόθεση ότι τα σκοτεινά σωματίδια έχουν μάζα 100 περίπου φορές μεγαλύτερη από αυτή του πρωτονίου.

Μια άλλη ένδειξη χρονολογείται από τις αρχές της δεκαετίας τού 1970, όταν οι α-στρονόμοι ανίχνευσαν τεράστιους αριθμούς ηλεκτρονίων να εξαϋλώνονται με ποζιτρόνια. Πολλά ουράνια σώματα παράγουν ποζιτρόνια ―από τους σουπερνόβα μέχρι τους αστέρες νετρονίων―, αλλά όχι σε τέτοια αφθονία· παράλληλα δε, αυτές οι πηγές συνήθως κείνται στο επίπεδο του Γαλαξία, ενώ εδώ η εκπομπή προήλθε από ένα ελλειψοειδές. Το 2003, μια ερευνητική ομάδα πρότεινε ότι τα ποζιτρόνια δημιουργήθηκαν από την εξαΰλωση σκοτεινής ύλης. Το πρόβλημα είναι ότι τα ποζιτρόνια έχουν μικρή μάζα, επομένως το ίδιο θα έπρεπε να ισχύει και για τα σκοτεινά σωματίδια ―μάζας ίσης περίπου με το 1/1.000 της μάζας του πρωτονίου. Πέραν της ασυνέπειας με τα παρατηρησιακά δεδομένα τού CGRO, αυτά τα σωματίδια θα έπρεπε με κάποιον τρόπο να είχαν διαφύγει και την ανίχνευση στους επιταχυντές υψηλών ενεργειών.

Ο Finkbeiner και ο Neal Weiner, σωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, μπορούν να εξηγήσουν αμφότερες τις παρατηρήσεις, υιοθετώντας το ίδιο βαρύ σωματίδιο. Στη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (AAS) τον περασμένο Ιανουάριο [2007], ο Finkbeiner πρότεινε ότι τα εν λόγω σωματίδια ίσως μετατρέπουν μέρος της κινητικής τους ενέργειας σε εσωτερική ενέργεια, και στη συνέχεια διαχωρίζονται σε ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου.

Η κινητική ενέργεια των σκοτεινών σωματιδίων στο κεντρικό τμήμα του Γαλαξία τυχαίνει να είναι ακριβώς ίση με την απαιτούμενη ποσότητα για τη δημιουργία ενός ζεύγους ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου. Για να συμβεί αυτό, τα σκοτεινά σωματίδια θα πρέπει να αλληλεπιδρούν με μια έως τώρα άγνωστη δύναμη, η οποία κάνει την εμφάνισή της όταν αυτά πλησιάζουν σε απόσταση 10^-14 μέτρων. Μια τέτοια προσέγγιση είναι 10.000 φορές πιο πιθανή από την απευθείας σύγκρουση που χρειάζεται για την εξαΰλωσή τους. Αυτή η σχετική πιθανότητα θα μπορούσε να εξηγήσει και τα παρατηρησιακά δεδομένα τού CGRO και τον παρατηρούμενο αριθμό ποζιτρονίων. Ο σωματιδιακός φυσικός Jonathan Feng, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ιρβάιν, υποστηρίζει ότι η εν λόγω ιδέα είναι πιο «φυσική» απ’ όσες άλλες έχουν προταθεί έως σήμερα.

Αν και η νέα δύναμη φαντάζει ως ad hoc απαίτηση, οι ερευνητές συμφωνούν ότι, γενικά, νέα είδη σωματιδίων συνεπάγονται και νέες δυνάμεις. «Τα σήματα για ποζιτρόνια στο κέντρο του Γαλαξία, εάν πραγματικά τα πάρουμε στα σοβαρά, παρέχουν κίνητρα για μια, κατά κάποιον τρόπο, καινούργια δυναμική στο χώρο της σκοτεινής ύλης», αναφέρει ο Weiner. Το μοντέλο τους ενδεχομένως να εξηγήσει και άλλα μυστήρια της αστροφυσικής. Για παράδειγμα, αυτή θα μπορούσε να είναι η πηγή θερμότητας που διατηρεί το μεσογαλαξιακό αέριο θερμό. Σε κάθε περίπτωση, το δορυφορικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων γ Ευρέος Πεδίου (GLAST) της ΝASA, το οποίο πρόκειται να εκτοξευτεί το φθινόπωρο του 2007, θα πρέπει να μπορέσει να ελέγξει τούτες τις υποθέσεις. Καθώς οι επιστήμονες αποκαλύπτουν σταδιακά τι είναι η σκοτεινή ύλη και πώς αλληλεπιδρά, τα σωματίδιά της θα πάρουν αληθινά ονόματα και ο όρος «σκοτεινή ύλη» ―ο οποίος ουσιαστικά υποκαθιστά την άγνοιά μας― θα ξεθωριάσει και ο ίδιος στο σκοτάδι.

Επιστημονικά Νέα - Απρίλιος, 2007