Επιλεγμένα

Αναζητώντας Σκοτεινή Ύλη σε εξωπλανήτες με ερευνητικό εργαλείο τη θερμοκρασία

Από στις 26 Απριλίου 2021

Το θέμα της σκοτεινής ύλης βρίσκεται από καιρό στο τραπέζι των (συν)σκέψεων των επιστημόνων σε μια συνεχή προσπάθεια αναζήτησης τρόπων για την ανίχνευση των υποθετικών σωματίων που θα μπορούσε να την συγκροτούν. Για τους ανιχνευτές της σκοτεινής ύλης, το μεγαλύτερο είναι συνήθως το καλύτερο, καθώς αυτό σημαίνει ότι ο ανιχνευτής μπορεί δυνητικά να αλληλεπιδρά με περισσότερα από αυτά τα σωμάτια της σκοτεινής ύλης. Όμως ακόμη και ο μεγαλύτερος είναι πολύ μικρός συγκρινόμενος με έναν ανιχνευτή που πρόσφατα προτάθηκε. Ας δούμε μερικά στοιχεία για αυτή τη νέα πρόταση.

Πρώτα από όλα τα πρόσωπα που την προτείνουν: Είναι η Rebecca Leane, του SLAC στο Πανεπιστήμιο Stanford και του Juri Smirnov του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Ohio. Οι δυο επιστήμονες υποστηρίζουν να ερευνηθεί η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης μετρώντας τα αποτελέσματά της στις θερμοκρασίες των εξωπλανητών και των φαιών (καφέ) νάνων, των οποίων η μάζα είναι μέχρι 55 φορές η μάζα του Δία. Με τις δεκάδες χιλιάδες των κατάλληλων εξωπλανητών που αναμένονται να βρεθούν στα επόμενα πέντε χρόνια, οι μετρήσεις αυτές θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν – ή να αποκλείσουν – σωμάτια σκοτεινής ύλης με μάζες μεγαλύτερες από αυτήν του ηλεκτρονίου.

Η διαδρομή αναζήτησης αυτή τη φορά φέρνει στο προσκήνιο το φυσικό μέγεθος της θερμοκρασίας, κατά συνέπεια και την έννοια της θερμότητας. Ας δούμε τι προτείνουν οι δύο ερευνητές (πιο σωστά η ερευνήτρια και ο ερευνητής, αλλά για «χωροχρονικούς» λόγους δεν θα επαναληφθεί μια ανάλογη διευκρίνηση): το μοντέλο που είναι σήμερα κυρίαρχο για την κατανομή της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν έχει τοποθετήσει τον Γαλαξία μας μέσα μια μία σφαιρική «άλω», ης οποίας η πυκνότητα αυξάνεται προς το Γαλαξιακό Κέντρο. Περιστασιακά, ένα σωμάτιο σκοτεινής ύλης μέσα σε αυτή την άλω μπορεί να σκεδαστεί από ένα ηλεκτρόνιο ή ένα νουκλεόνιο σε ένα αστρονομικό σώμα πριν παγιδευτεί από τη βαρύτητα του σώματος. Ορισμένες υποτιθέμενες μορφές της σκοτεινής ύλης εξαϋλώνονται για να παραγάγουν φωτόνια και άλλα σωμάτια, που σημαίνει ότι μπορεί να θερμάνουν ένα σώμα εάν συσσωρευθεί μια σημαντική ποσότητα σωματίων σκοτεινής ύλης.

Επειδή στην Επιστήμη κάθε νέα υπόθεση θα πρέπει να προτείνει διαδρομές ελέγχου και πιθανές σχέσεις φυσικών μεγεθών, η Leane και ο Smirnov δείχνουν ότι για αέριους γίγαντες που περιφέρονται γύρω από άστρα όπως αυτό της Γης, η θέρμανση αυτή θα μπορούσε να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb της NASA, που σύντομα πρόκειται να εκτοξευθεί. Το τηλεσκόπιο μπορεί επίσης να ανιχνεύσει το σήμα σε πιο απομακρυσμένους φαιούς νάνους και «αλήτες» εξωπλανήτες (πλανήτες χωρίς γονεϊκό άστρο), με αυτούς πλησιέστερα στο Γαλαξιακό Κέντρο να προβλέπεται να παρουσιάζουν τους μεγαλύτερους ρυθμούς σύλληψης και τις υψηλότερες θερμοκρασίες. Επίσης, παρέχοντας πληροφορίες για τη φύση της σκοτεινής ύλης, οι μετρήσεις αυτές θα μπορούσαν να αποκαλύψουν παραμέτρους της άλω της σκοτεινής ύλης, όπως τα χαρακτηριστικά της πυκνότητάς της.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Exoplanets as Sub-GeV Dark Matter Detectors. Physical Review Letters.

Κωνσταντίνος Ζώκος

Κωνσταντίνος Ζώκος

Φυσικός, Δάσκαλος Φυσικής