Το Hubble και το Παρατηρητήριο Chandra βρίσκουν στοιχεία που μπορεί να βοηθήσουν να προσδιοριστεί η σκοτεινή ύλη

Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ, Chandra της NASA, αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η σκοτεινή ύλη δεν επιβραδύνει όταν συγκρούεται με τον εαυτό του, πράγμα που σημαίνει ότι αλληλεπιδρά με τον εαυτό της λιγότερο από ότι εθεωρείτο μέχρι σήμερα. Οι ερευνητές λένε ότι το εύρημα αυτό περιορίζει τις επιλογές για το τι θα μπορούσε να είναι αυτή η μυστηριώδης ουσία.

Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη ύλη που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του σύμπαντος. Επειδή η σκοτεινή ύλη δεν αντανακλά, απορροφά ή εκπέμπει φως, μπορεί να ανιχνευθεί μόνο έμμεσα, όπως μετρώντας πώς στρεβλώνει ο χώρος μέσω του φαινομένου του βαρυτικού φακού, κατά το οποίο το φως από μια μακρινή πηγή μεγεθύνεται και διαστρεβλώνεται από τη βαρύτητα της σκοτεινής ύλης.

Για να μάθουν περισσότερα σχετικά με τη σκοτεινή ύλη και να ελέγξουν αυτές τις θεωρίες, οι ερευνητές τις μελέτησαν με τρόπο παρόμοιο με τα πειράματα στην ορατή ύλη, παρακολουθώντας τι συμβαίνει όταν προσκρούει σε άλλα αντικείμενα. Σε αυτή την περίπτωση, τα υπό παρακολούθηση συγκρουόμενα αντικείμενα είναι σμήνη γαλαξιών. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το Hubble και το Chandra για να παρατηρήσουν αυτές τις διαστημικές συγκρούσεις. Συγκεκριμένα, το Hubble χρησιμοποιήθηκε για να χαρτογραφήσει την κατανομή των άστρων και της σκοτεινής ύλης μετά από μια σύγκρουση, η οποία είχε εντοπιστεί μέσω της επίδρασης του φαινομένου του βαρυτικού φακού στο φως του υποβάθρου. Το Chandra χρησιμοποιήθηκε για να ανιχνεύσει την εκπομπή ακτίνων Χ από συγκρουόμενα νέφη αερίων. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην έκδοση της 27 ης Μαρτίου, του περιοδικού Science.

«Η σκοτεινή ύλη είναι ένα αίνιγμα που έχουμε από καιρό που επιδιώκουμε να διευκρινήσουμε», δήλωσε ο John Grunsfeld, βοηθός διαχειριστή του της Διεύθυνσης Επιστημονικών Αποστολών της NASA, στην Ουάσιγκτον. «Με τις συνδυασμένες δυνατότητες αυτών των μεγάλων παρατηρητηρίων, και των δύο σε παρατεταμένη αποστολή, είμαστε περισσότερο από ποτέ πιο κοντά στην κατανόηση αυτού του κοσμικού φαινομένου».

Τα σμήνη των γαλαξιών διαμορφώνονται από τρία κύρια συστατικά: γαλαξίες, νέφη αερίου και σκοτεινή ύλη. Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων, τα νέφη του αερίου που περιβάλλουν τους γαλαξίες συντρίβονται το ένα στο άλλο και επιβραδύνουν ή σταματάνε. Οι γαλαξίες επηρεάζονται πολύ λιγότερο από την εμπλοκή με το αέριο και λόγω των τεράστιων κενών μεταξύ των άστρων στο εσωτερικό τους, δεν επιβραδύνουν ο ένας τον άλλο. «Γνωρίζουμε πώς το αέριο και τα άστρα αντιδρούν σε αυτές τις κοσμικές συγκρούσεις και από που προκύψουν τα συντρίμμια. Συγκρίνοντας πώς συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη μπορεί να μας βοηθήσει να περιορίσουμε το τι είναι στην πραγματικότητα», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης David Harvey της École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) στην Ελβετία.

Ο Harvey και η ομάδα του μελέτησαν τις συγκρούσεις 72 μεγάλων σμηνών. Οι συγκρούσεις συνέβησαν σε διαφορετικούς χρόνους και καταγράφηκαν από διαφορετικές οπτικές γωνίες, κάποιοι από τα πλάγια και άλλοι από μπροστά. Η ομάδα διαπίστωσε ότι, όπως οι γαλαξίες, η σκοτεινή ύλη συνέχισε κατευθείαν μέσα από τις βίαιες συγκρούσεις χωρίς να επιβραδύνεται πολύ. Αυτό σημαίνει ότι η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με ορατά σωματίδια και περνά από άλλη σκοτεινή ύλη με πολύ λιγότερη αλληλεπίδραση από ότι εθεωρείτο μέχρι σήμερα. Αν η σκοτεινή ύλη εμπλεκόταν ενάντια σε άλλη σκοτεινή ύλη, η κατανομή των γαλαξιών θα είχε αλλάξει.

Οι εικόνες είναι από έξι διαφορετικά σμήνη γαλαξιών που ελήφθησαν με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA (μπλε) και το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ Chandra (ροζ) σε μια μελέτη για το πώς συμπεριφέρεται η σκοτεινή ύλη σε σμήνη των γαλαξιών όταν τα σμήνη συγκρούονται.  Image Credit: NASA and ESA

«Μια προηγούμενη μελέτη είχε δει παρόμοια συμπεριφορά στο σμήνος Bullet», δήλωσε το μέλος της ομάδας Richard Massey του Πανεπιστημίου του Durham, στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Αλλά είναι δύσκολο να ερμηνεύσεις αυτό που βλέπεις, αν έχεις μόνο ένα παράδειγμα. Κάθε σύγκρουση διαρκεί εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, έτσι σε μια ανθρώπινη ζωή το μόνο που βλέπουμε, είναι μια «παγωμένη» σκηνή από μια μόνο γωνία λήψης. Τώρα που έχουμε μελετήσει τόσες πολλές περισσότερες συγκρούσεις, μπορούμε να αρχίσουμε να συναρμολογήσουμε την πλήρη ταινία και να κατανοήσουμε καλύτερα τι συμβαίνει».

Με αυτή την ανακάλυψη, η ομάδα έχει επιτυχώς περιορίσει τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης. Οι θεωρητικοί της σωματιδιακής φυσικής έχουν τώρα μια μικρότερη ομάδα αγνώστων να επιλύσουν όταν κατασκευάζουν τα μοντέλα τους. «Δεν είναι σαφές πόσο αναμένουμε η σκοτεινή ύλη να αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, επειδή η σκοτεινή ύλη έχει ήδη πάει κόντρα σε όλα όσα γνωρίζουμε», λέει ο Harvey. «Από προηγούμενες παρατηρήσεις γνωρίζουμε ότι πρέπει να αλληλεπιδρά με τον εαυτό της αρκετά αδύναμα».

Η σκοτεινή ύλη μπορεί να έχει πλούσιες και πολύπλοκες ιδιότητες και υπάρχουν ακόμη διάφοροι άλλοι τύποι αλληλεπιδράσεων για να μελετηθούν. Αυτά τα τελευταία αποτελέσματα αποκλείουν αλληλεπιδράσεις που δημιουργούν μια ισχυρή δύναμη τριβής, που οδηγεί την σκοτεινή ύλη να επιβραδύνει κατά τη διάρκεια συγκρούσεων. Η ομάδα θα μελετήσει επίσης άλλες πιθανές αλληλεπιδράσεις, όπως η αναπήδηση, του ενός στο άλλο, των σωματίων της σκοτεινής ύλης, όπως μπάλες του μπιλιάρδου και ο εξαναγκασμός στα σωμάτια της σκοτεινής ύλης να εκτοξεύονται από τα νέφη με τις συγκρούσεις ή στους σβώλους της σκοτεινής ύλης να αλλάζουν σχήμα. Η ομάδα επίσης προσδοκά να μελετήσει συγκρούσεις που αφορούν μεμονωμένους γαλαξίες, που είναι πολύ πιο συχνές.

«Υπάρχουν ακόμα πολλοί εφικτοί υποψήφιοι για την σκοτεινή ύλη, έτσι το παιχνίδι δεν έχει τελειώσει. Αλλά είμαστε πιο κοντά σε μια απάντηση», είπε ο Harvey. «Αυτοί οι αστρονομικά μεγάλοι σωματιδιακοί συγκρουστήρες τελικά μας αφήνουν μια αναλαμπή του σκοτεινού, αλλά κάπως απρόσιτου, κόσμου γύρω μας».

Πηγή: NASA