Μια νέα μελέτη υποδηλώνει ότι η αδυναμία ανίχνευσης σημάτων σκοτεινής ύλης σε ορισμένους γαλαξίες ενδέχεται να μην έρχεται σε αντίθεση με τα στοιχεία που παρατηρούνται στον δικό μας γαλαξία
Η απουσία ενός σήματος μπορεί από μόνη της να έχει σημασία. Αυτή είναι η βασική ιδέα μιας νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), η οποία προτείνει έναν διαφορετικό τρόπο αναζήτησης της σκοτεινής ύλης.
Η έρευνα υποστηρίζει ότι οι επιστήμονες ίσως δεν χρειάζεται να εντοπίζουν τα ίδια «ίχνη» παντού στο σύμπαν για να κατανοήσουν τη φύση της.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε μια μυστηριώδη παρατήρηση στο κέντρο του Γαλαξία, όπου έχει ανιχνευθεί περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι το σήμα προέρχεται από σωματίδια σκοτεινής ύλης που αλληλοεξουδετερώνονται. Ωστόσο, παρόμοια σήματα δεν έχουν ανιχνευθεί ξεκάθαρα σε άλλα συστήματα, όπως οι γαλαξίες νάνοι.
Σύμφωνα με τη νέα μελέτη, αυτή η απουσία δεν αποκλείει απαραίτητα τη σκοτεινή ύλη ως αιτία.
Αντίθετα, η σκοτεινή ύλη ίσως δεν αποτελείται από ένα μόνο είδος σωματιδίου, αλλά από πολλαπλά συστατικά που συμπεριφέρονται διαφορετικά ανάλογα με το περιβάλλον τους.
Περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα στο κέντρο του Γαλαξία
Η σκοτεινή ύλη είναι γνωστό ότι υπάρχει και θεωρείται πως αποτελεί μεγάλο μέρος του σύμπαντος, ωστόσο δεν έχει παρατηρηθεί άμεσα.
Οι επιστήμονες συμπεραίνουν την ύπαρξή της από τις βαρυτικές επιδράσεις που ασκεί στην ορατή ύλη, αλλά η πραγματική της φύση παραμένει άγνωστη.
Πολλές θεωρίες περιγράφουν τη σκοτεινή ύλη ως σωματίδια. Σε ορισμένα μοντέλα, όταν δύο τέτοια σωματίδια συγκρούονται, αλληλοεξουδετερώνονται και παράγουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, όπως ακτίνες γάμμα. Οι αστρονόμοι αναζητούν αυτή την ακτινοβολία ως πιθανό αποτύπωμα.
«Αυτή τη στιγμή φαίνεται να υπάρχει περίσσεια φωτονίων που προέρχονται από μια περίπου σφαιρική περιοχή γύρω από τον δίσκο του Γαλαξία», εξηγεί ο Gordan Krnjaic, θεωρητικός φυσικός στο Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) στις Ηνωμένες Πολιτείες και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray έχουν αποκαλύψει αυτή την περίσσεια, η οποία θα μπορούσε να συνδέεται με τη σκοτεινή ύλη. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες πιθανές εξηγήσεις, όπως εκπομπές από αστροφυσικές πηγές, π.χ. πουλσάρς.
Για να ελέγξουν αυτές τις ιδέες, οι επιστήμονες εξετάζουν και άλλους γαλαξίες.
«Αν ορισμένες θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη είναι σωστές, θα πρέπει να τη βλέπουμε σε κάθε γαλαξία, για παράδειγμα σε κάθε γαλαξία νάνο», εξηγεί ο Krnjaic.
Γαλαξίες νάνοι
Οι γαλαξίες νάνοι είναι μικροί και αμυδροί, αλλά περιέχουν μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης. Έχουν επίσης ελάχιστο «θόρυβο» από αστέρια και άλλη ακτινοβολία, γεγονός που τους καθιστά ιδανικούς για την ανίχνευση καθαρών σημάτων.
Τα κλασικά μοντέλα προβλέπουν δύο βασικά σενάρια:
Στην απλούστερη περίπτωση, η πιθανότητα αλληλοεξουδετέρωσης είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων. Αν ισχύει αυτό, τότε ένα σήμα στον Γαλαξία θα έπρεπε να εμφανίζεται και σε άλλους γαλαξίες πλούσιους σε σκοτεινή ύλη, όπως οι νάνοι.
Σε άλλο σενάριο, ο ρυθμός εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων. Επειδή αυτά κινούνται αργά στους γαλαξίες, η διαδικασία θα ήταν εξαιρετικά σπάνια, καθιστώντας το σήμα δύσκολο να ανιχνευθεί παντού.
Με βάση αυτά, η απουσία σήματος στους γαλαξίες νάνους δυσκολεύει τη σύνδεση της περίσσειας ακτίνων γάμμα στον Γαλαξία με τη σκοτεινή ύλη.
Δύο διαφορετικά σωματίδια
Ο Krnjaic και οι συνεργάτες του προτείνουν μια διαφορετική εξήγηση.
«Αυτό που προσπαθούμε να δείξουμε είναι ότι μπορεί να υπάρχει διαφορετική εξάρτηση από το περιβάλλον, ακόμη κι αν η πιθανότητα αλληλοεξουδετέρωσης είναι σταθερή στο κέντρο του γαλαξία», εξηγεί.
«Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε απλά να αποτελείται από δύο διαφορετικά σωματίδια, τα οποία πρέπει να συναντηθούν για να αλληλοεξουδετερωθούν».
Σε αυτό το μοντέλο, η πιθανότητα εξαρτάται από το πόσο υπάρχει από κάθε τύπο σωματιδίου. Σε γαλαξίες όπως ο δικός μας μπορεί να υπάρχουν παρόμοιες ποσότητες, αυξάνοντας τις πιθανότητες. Σε γαλαξίες νάνους, ένα είδος μπορεί να κυριαρχεί, μειώνοντας την πιθανότητα συνάντησης.
«Με αυτόν τον τρόπο, προκύπτουν πολύ διαφορετικές προβλέψεις για την εκπομπή», σημειώνει.
Η προσέγγιση αυτή προσφέρει μια πιο ευέλικτη εναλλακτική στα υπάρχοντα μοντέλα και επιτρέπει να εξηγηθεί γιατί ανιχνεύονται ακτίνες γάμμα στον Γαλαξία αλλά όχι σε γαλαξίες νάνους, χωρίς να αποκλείεται η σκοτεινή ύλη.
Μελλοντικές παρατηρήσεις από το τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray ενδέχεται να δώσουν πιο σαφή εικόνα. Τα δεδομένα για τους γαλαξίες νάνους παραμένουν περιορισμένα.
Η ανίχνευση ακτίνων γάμμα σε αυτούς θα υποδήλωνε πιο ισορροπημένη σύνθεση σκοτεινής ύλης, ενώ η συνεχιζόμενη απουσία ίσως δείχνει ότι ένας τύπος είναι πιο σπάνιος.
Ωστόσο, τίποτα από αυτά δεν είναι οριστικό και απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις.
www.bankingnews.gr
Η έρευνα υποστηρίζει ότι οι επιστήμονες ίσως δεν χρειάζεται να εντοπίζουν τα ίδια «ίχνη» παντού στο σύμπαν για να κατανοήσουν τη φύση της.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε μια μυστηριώδη παρατήρηση στο κέντρο του Γαλαξία, όπου έχει ανιχνευθεί περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι το σήμα προέρχεται από σωματίδια σκοτεινής ύλης που αλληλοεξουδετερώνονται. Ωστόσο, παρόμοια σήματα δεν έχουν ανιχνευθεί ξεκάθαρα σε άλλα συστήματα, όπως οι γαλαξίες νάνοι.
Σύμφωνα με τη νέα μελέτη, αυτή η απουσία δεν αποκλείει απαραίτητα τη σκοτεινή ύλη ως αιτία.
Αντίθετα, η σκοτεινή ύλη ίσως δεν αποτελείται από ένα μόνο είδος σωματιδίου, αλλά από πολλαπλά συστατικά που συμπεριφέρονται διαφορετικά ανάλογα με το περιβάλλον τους.
Περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα στο κέντρο του Γαλαξία
Η σκοτεινή ύλη είναι γνωστό ότι υπάρχει και θεωρείται πως αποτελεί μεγάλο μέρος του σύμπαντος, ωστόσο δεν έχει παρατηρηθεί άμεσα.
Οι επιστήμονες συμπεραίνουν την ύπαρξή της από τις βαρυτικές επιδράσεις που ασκεί στην ορατή ύλη, αλλά η πραγματική της φύση παραμένει άγνωστη.
Πολλές θεωρίες περιγράφουν τη σκοτεινή ύλη ως σωματίδια. Σε ορισμένα μοντέλα, όταν δύο τέτοια σωματίδια συγκρούονται, αλληλοεξουδετερώνονται και παράγουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, όπως ακτίνες γάμμα. Οι αστρονόμοι αναζητούν αυτή την ακτινοβολία ως πιθανό αποτύπωμα.
«Αυτή τη στιγμή φαίνεται να υπάρχει περίσσεια φωτονίων που προέρχονται από μια περίπου σφαιρική περιοχή γύρω από τον δίσκο του Γαλαξία», εξηγεί ο Gordan Krnjaic, θεωρητικός φυσικός στο Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) στις Ηνωμένες Πολιτείες και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray έχουν αποκαλύψει αυτή την περίσσεια, η οποία θα μπορούσε να συνδέεται με τη σκοτεινή ύλη. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες πιθανές εξηγήσεις, όπως εκπομπές από αστροφυσικές πηγές, π.χ. πουλσάρς.
Για να ελέγξουν αυτές τις ιδέες, οι επιστήμονες εξετάζουν και άλλους γαλαξίες.
«Αν ορισμένες θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη είναι σωστές, θα πρέπει να τη βλέπουμε σε κάθε γαλαξία, για παράδειγμα σε κάθε γαλαξία νάνο», εξηγεί ο Krnjaic.
Γαλαξίες νάνοι
Οι γαλαξίες νάνοι είναι μικροί και αμυδροί, αλλά περιέχουν μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης. Έχουν επίσης ελάχιστο «θόρυβο» από αστέρια και άλλη ακτινοβολία, γεγονός που τους καθιστά ιδανικούς για την ανίχνευση καθαρών σημάτων.
Τα κλασικά μοντέλα προβλέπουν δύο βασικά σενάρια:
Στην απλούστερη περίπτωση, η πιθανότητα αλληλοεξουδετέρωσης είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων. Αν ισχύει αυτό, τότε ένα σήμα στον Γαλαξία θα έπρεπε να εμφανίζεται και σε άλλους γαλαξίες πλούσιους σε σκοτεινή ύλη, όπως οι νάνοι.
Σε άλλο σενάριο, ο ρυθμός εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων. Επειδή αυτά κινούνται αργά στους γαλαξίες, η διαδικασία θα ήταν εξαιρετικά σπάνια, καθιστώντας το σήμα δύσκολο να ανιχνευθεί παντού.
Με βάση αυτά, η απουσία σήματος στους γαλαξίες νάνους δυσκολεύει τη σύνδεση της περίσσειας ακτίνων γάμμα στον Γαλαξία με τη σκοτεινή ύλη.
Δύο διαφορετικά σωματίδια
Ο Krnjaic και οι συνεργάτες του προτείνουν μια διαφορετική εξήγηση.
«Αυτό που προσπαθούμε να δείξουμε είναι ότι μπορεί να υπάρχει διαφορετική εξάρτηση από το περιβάλλον, ακόμη κι αν η πιθανότητα αλληλοεξουδετέρωσης είναι σταθερή στο κέντρο του γαλαξία», εξηγεί.
«Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε απλά να αποτελείται από δύο διαφορετικά σωματίδια, τα οποία πρέπει να συναντηθούν για να αλληλοεξουδετερωθούν».
Σε αυτό το μοντέλο, η πιθανότητα εξαρτάται από το πόσο υπάρχει από κάθε τύπο σωματιδίου. Σε γαλαξίες όπως ο δικός μας μπορεί να υπάρχουν παρόμοιες ποσότητες, αυξάνοντας τις πιθανότητες. Σε γαλαξίες νάνους, ένα είδος μπορεί να κυριαρχεί, μειώνοντας την πιθανότητα συνάντησης.
«Με αυτόν τον τρόπο, προκύπτουν πολύ διαφορετικές προβλέψεις για την εκπομπή», σημειώνει.
Η προσέγγιση αυτή προσφέρει μια πιο ευέλικτη εναλλακτική στα υπάρχοντα μοντέλα και επιτρέπει να εξηγηθεί γιατί ανιχνεύονται ακτίνες γάμμα στον Γαλαξία αλλά όχι σε γαλαξίες νάνους, χωρίς να αποκλείεται η σκοτεινή ύλη.
Μελλοντικές παρατηρήσεις από το τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray ενδέχεται να δώσουν πιο σαφή εικόνα. Τα δεδομένα για τους γαλαξίες νάνους παραμένουν περιορισμένα.
Η ανίχνευση ακτίνων γάμμα σε αυτούς θα υποδήλωνε πιο ισορροπημένη σύνθεση σκοτεινής ύλης, ενώ η συνεχιζόμενη απουσία ίσως δείχνει ότι ένας τύπος είναι πιο σπάνιος.
Ωστόσο, τίποτα από αυτά δεν είναι οριστικό και απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών