Επιλεγμένα

Αναζητώντας την υπογραφή του στείρου νετρίνου σε εκπομπή ακτίνων-Χ από τη Σκοτεινή Ύλη

Από στις 11 Φεβρουαρίου 2021

Περίπου 85% της ύλης του σύμπαντος δεν εκπέμπει ούτε φως, ούτε οποιοδήποτε άλλο γνωστό ως τώρα είδος ακτινοβολίας και έτσι αποκαλείται σκοτεινή ύλη. Ένα από τα άλλα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά της είναι ότι αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας με την υπόλοιπη ύλη, δεν φέρει για παράδειγμα ηλεκτρομαγνητικό φορτίο. Η σκοτεινή ύλη αποκαλείται επίσης «σκοτεινή» επειδή είναι μυστηριώδης. Δεν συντίθεται από άτομα ή τα συνήθη συστατικά τους (όπως ηλεκτρόνια και πρωτόνια) ή οποιοδήποτε άλλο είδος γνωστού στοιχειώδους σωματίου.

Επειδή η σκοτεινή ύλη είναι μακράν το κυρίαρχο συστατικό της ύλης στο σύμπαν, η κατανομή της και η βαρύτητα έχουν επηρεάσει μοιραία την εξέλιξη των γαλαξιακών δομών καθώς και την κατανομή της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Πράγματι, η αξιοσημείωτη συμφωνία μεταξύ των τιμών βασικών κοσμικών παραμέτρων (όπως ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος) που παράγονται ανεξάρτητα από δύο τελείως διαφορετικές κοσμικές δομές, τους γαλαξίες και το μικροκυματικό υπόβαθρο, προσέφερε αξιοπιστία στα μοντέλα της μεγάλης έκρηξης που απαιτούν σημαντικό ρόλο για την σκοτεινή ύλη.

Οι φυσικοί έχουν προσπαθήσει να φανταστούν νέα είδη σωματίων συνεπή με τους γνωστούς νόμους της σύμπαντος για να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη, αλλά μέχρι τώρα κανένα δεν έχει επιβεβαιωθεί. Μια ελκυστική πιθανότητα, για ένα νέο σωμάτιο, έχει το αποκαλούμενο «στείρο νετρίνο». Μέχρι τώρα υπάρχουν τρία γνωστοί τύποι νετρίνων. Όλοι τους αλληλεπιδρούν με την ύλη μέσω της βαρύτητας και μέσω της ασθενούς δύναμης (τη ασθενέστερης από τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις της φύσης). Όλα αρχικά θεωρούνταν ότι δεν έχουν μάζα, όπως το πρωτόνιο, όμως περίπου πριν από είκοσι χρόνια οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι έχουν πολύ μικρές μάζες – περίπου ένα εκατομμύριο φορές μικρότερες από ότι η μάζα του ηλεκτρονίου, αλλά ακόμη αρκετή για να δημιουργεί προβλήματα στο Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Μια πιθανή λύση θα μπορούσε να είναι η ύπαρξη ενός νετρίνου μεγαλύτερης μάζας, ίσως χιλιάδες φορές μεγαλύτερο, που αποκαλείται «στείρο νετρίνο» επειδή δεν θα αλληλεπιδρούσε μέσω της ασθενούς δύναμης. Δεν έχει ποτέ ανιχνευτεί.

Οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι εάν η σκοτεινή ύλη αποτελούνταν από στείρα νετρίνα, τότε όταν αυτά τα σωμάτια ευκαιριακά υφίστατο διάσπαση θα μπορούσαν να εκπέμψουν ένα ανιχνεύσιμο φωτόνιο ακτίνων Χ. Περίπου επτά χρόνια πριν, αστρονόμοι ακτίνων Χ ανάφεραν ότι βρήκαν ότι μια παράξενη, αδύναμη φασματική εκπομπή ακτίνας Χ που δείχνει να προέρχεται από ένα σμήνος γαλαξιών όπου επικρατεί η σκοτεινή ύλη. Πρότειναν ότι αυτό το χαρακτηριστικό θα μπορούσε να είναι η υπογραφή ενός στείρου νετρίνου. Τα χρόνια που ακολούθησαν υπήρξαν πολλές προσπάθειες να επιβεβαιωθεί η ανίχνευση ή να αποδοθεί σε οργανικά ή άλλα μη αστρονομικά φαινόμενα, με ανάμεικτες μόνο επιτυχίες. Οι αστρονόμοι του CfA (Center for Astrophysics), Esra Bulbul και Francesca Civano, μαζί με τους συνεργάτες τους έχουν πλέον ολοκληρώσει μια εκτεταμένη μελέτη αρχείου των δεδομένων του Παρατηρητηρίου Ακτίνων Χ, Chandra, αναζητώντας αυτό το ασύλληπτο χαρακτηριστικό. Δεν βρήκαν τίποτε, όμως η ανάλυσή τους, συνεπής με άλλα πρόσφατα δημοσιευμένα όρια, στενεύει περισσότερο τον πιθανό χαρακτήρα διάσπασης του υποτιθέμενου στείρου νετρίνου κατά έναν παράγοντα δύο υπό ορισμένες υποθέσεις, αλλά δεν μπορεί να αποκλείσει τελείως το σενάριο του στείρου νετρίνου για την σκοτεινή ύλη.

Πηγή: Center for Astrophysics

Περισσότερα στη δημοσίευση: Probing the Milky Way’s Dark Matter Halo for the 3.5keV Line. The Astrophysical Journal.

Κωνσταντίνος Ζώκος

Κωνσταντίνος Ζώκος

Φυσικός, Δάσκαλος Φυσικής