Φως στο μυστήριο της Σκοτεινής Ύλης

2011-09-17 12:00

Της Αστροφυσικού Ελένης Χατζηχρήστου (δημοσιεύθηκε στο www.telescopeshop.gr)

 
Το Σύμπαν περιλαμβάνει ως γνωστόν στο μεγαλύτερο μέρος του αόρατη, σκοτεινή ύλη που γεμίζει το χώρο ανάμεσα στους γαλαξίες και ανάμεσα στα άστρα του κάθε γαλαξία. Η σκοτεινή ύλη προβλέφθηκε πριν από 70 περίπου χρόνια και από τότε επιστήμονες κάθε ειδικότητας (αστρονόμοι, κοσμολόγοι, φυσικοί) προσπαθούν να λύσουν το μυστήριο της ως τώρα ανεξήγητης φύσης και προέλευσής της. Οι τελευταίες παρατηρήσεις του δορυφόρου Planck ίσως οδηγήσουν τους επιστήμονες κοντά στη λύση του μυστηρίου ...
 

Αυτή η εικόνα δείχνει εκπομπή που προέρχεται από το κέντρο του Γαλαξία μας, όπως την ανίχνευσε ο δορυφόρος PLANCK.. Η σκούρα ζώνη αποτελεί εκπομπή από το γαλαξιακό δίσκο, η μπλε-κόκκινη-άσπρη ζώνη στο κέντρο είναι η νέα ασυνήθιστη ακτινοβολία (Credit ESA).

 
Ο δορυφόρος Planck εκτοξεύθηκε το 2009 περιλαμβάνοντας μερικά από τα πιο ευαίσθητα όργανα, με σκοπό να χαρτογραφηθεί η ακτινοβολία μικροκυμάτων σε ολόκληρο τον ουρανό με αξεπέραστη ακρίβεια. Τα τελευταία δεδομένα του δορυφόρου δείχνουν μια ασυνήθιστη ακτινοβολία που προέρχεται από τον ίδιο τον Γαλαξία μας, που μπορεί να μας οδηγήσει στην κατανόηση των θεμελιωδών ιδιοτήτων του χώρου, του χρόνου, και της ύλης του Σύμπαντος.

Η ακτινοβολία που καταγράφηκε προέρχεται από το κέντρο του Γαλαξία. Το φάσμα της δείχνει ότι πρόκειται για ακτινοβολία σύγχροτρον, δηλαδή προέρχεται από ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια μεγάλης ενέργειας που περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου στο κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτό αποτελεί ισχυρή ένδειξη ότι μπορεί να προέρχονται από τη σκοτεινή ύλη, σύμφωνα με τους επιστήμονες.

 

Ο δορυφόρος του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος Planck, εκτοξεύθηκε στις 14 Μαίου 2009. Ο δορυφόρος δεν κρατάει σταθερό προσανατολισμό αλλά τον μεταβάλλει κάθε ώρα, ενώ περιστρέφεται μια φορά το λεπτό γύρω από τον άξονά του. Με αυτό τον τρόπο είναι σε θέση να χαρτογραφήσει ολόκληρο το Σύμπαν στη διάρκεια έξι μηνών  (Credit ESA).

 

Πολλοί είχαν προβλέψει ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να αποτελείται από πολύ βαριά σωματίδια, 10 φορές βαρύτερα από το σωματίδιο Higgs δηλαδή ως και 1000 βαρύτερα από ένα πρωτόνιο. Έχουν μοναδικές ιδιότητες, χωρίς να αλληλεπιδρούν με τα κανονικά σωματίδια ύλης. Είναι δε τόσο διάσπαρτα που δεν αλληλεπιδρούν ούτε μεταξύ τους.
 
Όμως στα κέντρα των γαλαξιών η συγκέντρωση των σωματιδίων σκοτεινής ύλης είναι ιδιαίτερα αυξημένη, με αποτέλεσμα να συγκρούονται και από τις συγκρούσεις τους να σχηματίζονται ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια. Αυτά περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου στο κέντρο του γαλαξία και με αυτό τον τρόπο εκπέμπεται μια ασυνήθιστη ακτινοβολία σύγχροτρον. Τα ως τώρα αστρονομικά όργανα δεν ήταν αρκετά ευαίσθητα για να καταγράψουν αυτή την ακτινοβολία αλλά το τηλεσκόπιο Planck είναι πλέον σε θέση να την καταγράψει με κάθε λεπτομέρεια.
 
Οι επιστήμονες είναι σίγουροι ότι δεν πρόκειται για ακτινοβολία από τους δομικούς μηχανισμούς ενός γαλαξία, ούτε και από εκρήξεις υπερκαινοφανών. Αντίθετα είναι πιθανόν να αποτελεί απόδειξη της ύπαρξης σκοτεινής ύλης. Εάν ούτε αυτό ισχύει τότε θα πρέπει να βρεθεί μια νέα θεωρία για να εξηγήσει πώς τα σωματίδια επιταχύνονται στο γαλαξιακό κέντρο. Όποια και αν είναι η απάντηση, οι επιστήμονες περιμένουν νέα εντυπωσιακά αποτελέσματα που θα προκύψουν από τις πρόσφατες παρατηρήσεις του Planck.
 

Χαρτογράφηση του ουρανού στις ακτίνες γάμμα που παρατηρήθηκαν στον Γαλαξία μας από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi. Η ακτινοβολία βρίσκεται κυρίως στο επίπεδο του Γαλαξιακού δίσκου και προς την περιοχή του Γαλαξιακού κέντρου
(Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration).

 

Τις παρατηρήσεις του Planck έρχονται να επιβεβαιώσουν δεδομένα του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Ακτίνων Γάμμα της NASA Fermi, το οποίο κατέγραψε πολύ περισσότερα φωτόνια ακτίνων γάμμα που προέρχονται από το Γαλαξιακό κέντρο, απ’ ότι αναμενόταν σύμφωνα με τα ως τώρα επιστημονικά μοντέλα. Οι ακτίνες γάμμα είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται κατά τη διάσπαση ραδιενεργών στοιχείων ή από άλλες διεργασίες που εμπλέκουν σωματίδια πολύ υψηλής ενέργειας.
 
Αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτή η νέα πηγή Γαλαξιακής ακτινοβολίας καταγράφεται με τέτοια ακρίβεια, και το φάσμα και ο ρυθμός των ακτίνων γάμμα είναι απόλυτα συμβατός με τις σημαντικότερες θεωρίες σχετικά με την σκοτεινή ύλη. Μένει να παρατηρήσουμε και άλλες παρόμοιες πηγές, όπως για παράδειγμα τους νάνους γαλαξίες για να επιβεβαιωθεί ότι η πηγή αυτής της ακτινοβολίας είναι η σκοτεινή ύλη. Εναλλακτικά θα μπορούσε να είναι ακτινοβολία από πάλσαρς ή από σωματίδια μεγάλης ενέργειας που αλληλεπιδρούν με το αέριο που βρίσκεται στο Γαλαξιακό κέντρο.
 
Ως γνωστόν, η σκοτεινή ύλη δεν είναι παρατηρήσιμη απ’ ευθείας αλλά μόνο έμμεσα από τα βαρυτικά αποτελέσματα που έχει στη φωτεινή ύλη. Περιλαμβάνει ως και το 85% της μάζας που περικλείεται στο Σύμπαν. Η επικρατέστερη ίσως άποψη για τη φύση της σκοτεινής ύλης είναι ότι αποτελείται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη τα λεγόμενα WIMPs. Όταν δύο WIMPs συναντώνται αλληλοεξουδετερώνονται παράγοντας συνηθισμένα σωματίδια και ακτίνες γάμμα, όπως αυτές που πρόσφατα κατέγραψε το τηλεσκόπιο Fermi.
 
Πίσω