Έχουν ανιχνεύσει οι επιστήμονες την «υπογραφή» της εξαΰλωσης της σκοτεινής ύλης;

Είναι πράγματι μια εποχή συναρπαστική για την αστρονομία η σημερινή! Επαναστατικές ανακαλύψεις όπως αυτές των εξωπλανητών, των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργούν δυο μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται ή ακόμη η κοσμική επιτάχυνση, φαίνεται να αναδύονται κάθε δεκαετία ή ακόμη πιο συχνά. Αλλά σίγουρα δεν υπάρχει περισσότερο απρόσμενη, μυστηριώδης και προκλητική ανακάλυψη, κατά την αντίληψη του «γνωστού σύμπαντος», από την αναγνώριση ότι δεν είναι ακόμη δυνατόν να δούμε απευθείας την πλειονότητα της ύλης του σύμπαντος. Αυτή είναι η ύλη που αναφέρεται ως «σκοτεινή ύλη» και η φύσης της είναι ακόμη άγνωστη. Σύμφωνα με τις τελευταίες μετρήσεις του δορυφόρου Planck μόνο ένα 4,9% του σύμπαντος συνίσταται από την συνηθισμένη ύλη (αυτή που συντίθεται από άτομα και τα συστατικά τους). Η υπόλοιπη (26,8%) είναι η σκοτεινή ύλη και ανιχνεύεται σταθερά μέσω της βαρυτικής της επίδρασης στα άστρα και στην υπόλοιπη κανονική ύλη. Η σκοτεινή ενέργεια είναι άλλο ένα ξεχωριστό συστατικό του σύμπαντος (68,3%).

Ένας από τους κύριους στόχους της σύγχρονης αστρονομίας είναι να κατανοήσει αυτήν την ευρύτατα παρούσα και μυστήρια ακόμη ουσία. Ορισμένοι αστρονόμοι υποστηρίζουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να έχει και άλλη ιδιότητα κοινή με την κοινή ύλη, εκτός από την βαρύτητα. Μπορεί να αποτελείται από δυο «γεύσεις», ύλη και αντιύλη, που εξαϋλώνονται και εκπέμπουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας όταν έρχονται σε επαφή. Η «ηγέτιδα τάξη» σωματίων σε αυτή την κατηγορία είναι τα αποκαλούμενα ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωμάτια μεγάλης μάζας (weakly interacting massive particles ή WIMPS). Αν η εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης συμβαίνει, το εύρος των επιλογών για τη θεωρητική φύση της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε σημαντικά να περιοριστεί.

Ο αστρονόμος στο Smithsonian Center for Astrophysics, D. Finkbeiner και μια ομάδα συναδέλφων του, ισχυρίζονται ότι έχουν εντοπίσει μια τέτοια ακριβώς υπογραφή εξαΰλωσης σκοτεινής ύλης. Μελέτησαν την χωρική κατανομή της εκπομπής ακτινοβολίας-γ στο Γαλαξία μας, ειδικότερα την εκπομπή ακτινοβολίας-γ από την περιοχή του Κέντρου του Γαλαξία. Αυτή η περιοχή είναι και σχετικά κοντά σε εμάς και έχει υψηλή πυκνότητα ύλης (και λογικά και υψηλή πυκνότητα σκοτεινής ύλης). Αν συνέβαινε εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης, η τοποθεσία θα αναμενόταν να είναι έντονα «φωτεινή» σε ακτινοβολία-γ. Πράγματι, έχει διαπιστωθεί η ύπαρξη μιας πλατιάς «υπογραφής» της ακτινοβολίας-γ που προέρχεται από μια περιοχή που εκτείνεται εκατοντάδες έτη φωτός (υπάρχει επίσης αμυδρή ακτινοβολία που εκτείνεται για χιλιάδες έτη φωτός). Ωστόσο, υπάρχουν άλλες πιθανές εξηγήσεις, με πιο αξιοσημείωτη ότι η ακτινοβολία-γ είναι αποτέλεσμα ενός μεγάλου πληθυσμού ταχύτητα περιστρεφόμενων πάλσαρ-πυρηνικά απομεινάρια ορισμένων υπερκαινοφανών (supernovae).

Οι επιστήμονες επανεξέτασαν τη σειρά των παρατηρήσεων ακτινοβολίας-γ που είχαν δημοσιευθεί προηγουμένως, εφαρμόζοντας προσεκτικά νέες μεθόδους επεξεργασίας δεδομένων για να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την τοποθεσία της εκπομπής και έκαναν έτσι για κάθε μια από τις διάφορες ενεργειακές περιοχές εκπομπής ακτινοβολίας-γ που παρατηρήθηκαν. Τα πάλσαρ έχουν μια διακριτή χωρική κατανομή: εντοπίζονται όπου βρίσκονταν τα άστρα, κυρίως στο επίπεδο του γαλαξία. Η ομάδα μπόρεσε να δείξει, με υψηλή σημαντικότητα, ότι η κατανομή εκπομπής της ακτινοβολίας-γ είναι σε καλή συμφωνία με τις προβλέψεις των απλών μοντέλων εξαΰλωσης της σκοτεινής ύλης, αλλά είναι λιγότερο πιθανό να είναι συνεπής με την εξήγηση των πάλσαρ. Τα αποτελέσματά τους, αν επιβεβαιωθούν, θα μπορούσαν να είναι μια εντυπωσιακή επανάσταση στην κατανόηση της φύσης της σκοτεινής ύλης, του κυρίαρχου συστατικού του κόσμου.

Πηγή: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Περισσότερα στη μελέτη: The Characterization of the Gamma-Ray Signal from the Central Milky Way: A Compelling Case for Annihilating Dark Matter