Η Σκοτεινή Ύλη παραμένει ένα από τα πιο επίμονα μυστήρια που αντιμετωπίζουν οι αστρονόμοι και οι κοσμολόγοι σήμερα. Αυτή η θεωρητική μορφή μάζας προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 ως τρόπος εξήγησης των καμπυλών περιστροφής των γαλαξιών, οι οποίες έδειχναν ότι διέθεταν μεγαλύτερη μάζα απ’ όση υποδήλωναν οι ορατοί αστρικοί πληθυσμοί τους.
Παρά τις δεκαετίες έρευνας και παρατήρησης, οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη βρει άμεσες αποδείξεις για αυτή τη μυστηριώδη, αόρατη μάζα ούτε γνωρίζουν από τι αποτελείται. Οι θεωρίες ποικίλλουν από τα «ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια» (WIMPs) έως τα «αξιόνια», σωματίδια εξαιρετικά μικρής μάζας.
Ευτυχώς, ζούμε σε μια εποχή όπου τα όρια της αστρονομίας επεκτείνονται συνεχώς και νέες ανακαλύψεις γίνονται διαρκώς. Σε μια πρόσφατη μελέτη, μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Αστροφυσικής Leibniz του Πότσνταμ (AIP) έριξε φως σε αυτή τη δεκαετίες παλιά διαμάχη, αναλύοντας τις ταχύτητες άστρων από 12 από τους μικρότερους και ασθενέστερους γαλαξίες του Σύμπαντος. Η ομάδα διαπίστωσε ότι τα εσωτερικά βαρυτικά πεδία αυτών των γαλαξιών δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο από την ορατή ύλη, ενισχύοντας περαιτέρω την υπόθεση της ύπαρξης Σκοτεινής Ύλης.
Η ερευνητική ομάδα περιλάμβανε επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Πότσνταμ, το Πανεπιστήμιο του Σάρρεϋ, το Πανεπιστήμιο του Μπαθ, τη Σχολή Αστρονομίας και Διαστημικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Ναντζίνγκ, το Ινστιτούτο Αστροφυσικής και Διαστημικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Πόρτο, το Αστεροσκοπείο του Λέιντεν και το Αστεροσκοπείο του Λουντ. Η εργασία που περιγράφει τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες διαφωνούν σχετικά με την ύπαρξη της Σκοτεινής Ύλης (DM). Από τη μία πλευρά, η ύπαρξή της συνάγεται από παρατηρήσεις και από την κατανόησή μας για τη βαρύτητα, όπως περιγράφεται από τη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Από την άλλη πλευρά, η έλλειψη άμεσης απόδειξης έχει οδηγήσει σε εναλλακτικές θεωρίες, όπως η Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND). Αυτή η θεωρία, που διατυπώθηκε τη δεκαετία του 1980, υποστηρίζει ότι οι νόμοι της βαρύτητας αλλάζουν σε πολύ χαμηλές επιταχύνσεις — δηλαδή σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.
Μια προσομοίωση του σχηματισμού δομών σκοτεινής ύλης από το πρώιμο Σύμπαν έως σήμερα. Πίστωση: Ralf Kaehler / SLAC National Accelerator Laboratory / AMNH
Επιπλέον, οι αστρονόμοι εδώ και καιρό θεωρούν ότι υπάρχει μια απλή σχέση μεταξύ της ποσότητας ορατής (βαρυονικής) ύλης που περιέχει ένας γαλαξίας και της βαρυτικής δύναμης που ασκεί η λεγόμενη Σχέση Ακτινικής Επιτάχυνσης (RAR). Αν και αυτή η θεωρία ισχύει για μεγαλύτερα συστήματα, η νέα μελέτη υποδεικνύει ότι καταρρέει στους μικρότερους γαλαξίες. Εξετάζοντας 12 νάνοι γαλαξίες και υπολογίζοντας την κατανομή της μάζας τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι προβλέψεις της MOND δεν μπορούσαν να αναπαράγουν τη συμπεριφορά που παρατηρήθηκε, αποδεικνύοντας ότι τα βαρυτικά τους πεδία δεν εξηγούνται μόνο από την ορατή ύλη.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν τα αποτελέσματά τους με θεωρητικά μοντέλα που υποθέτουν την παρουσία άλω σκοτεινής ύλης γύρω από τους γαλαξίες, χρησιμοποιώντας το υπερυπολογιστικό σύστημα DiRAC. Τα αποτελέσματα αυτών των προσομοιώσεων ταίριαζαν πολύ καλύτερα με τη συμπεριφορά των νάνων γαλαξιών.
Σύμφωνα με τη Mariana Júlio, υποψήφια διδάκτορα στο AIP και κύρια συγγραφέα της μελέτης:
«Οι μικρότεροι νάνοι γαλαξίες βρίσκονται εδώ και καιρό σε ένταση με τις προβλέψεις της MOND, όμως αυτή η απόκλιση μπορούσε μέχρι πρόσφατα να εξηγηθεί από αβεβαιότητες στις μετρήσεις ή με τροποποιήσεις της θεωρίας. Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να αναλύσουμε τη βαρυτική επιτάχυνση των άστρων στους πιο αμυδρούς γαλαξίες σε διαφορετικές ακτίνες, αποκαλύπτοντας λεπτομερώς την εσωτερική τους δυναμική. Τόσο οι παρατηρήσεις όσο και οι προσομοιώσεις μας δείχνουν ότι το βαρυτικό τους πεδίο δεν μπορεί να προσδιοριστεί μόνο από την ορατή ύλη, αντικρούοντας τις προβλέψεις της τροποποιημένης βαρύτητας. Αυτή η ανακάλυψη ενισχύει την ανάγκη ύπαρξης σκοτεινής ύλης και μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση της φύσης της.»
Η μελέτη αμφισβητεί το καθιερωμένο παράδειγμα της RAR, παρέχοντας πιο λεπτομερή ανάλυση που επιτρέπει στους αστρονόμους να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τα ακτινικά προφίλ των νάνων γαλαξιών. Επιβεβαιώνει επίσης αυτό που οι επιστήμονες υποψιάζονταν: ότι οι νάνοι γαλαξίες δεν ακολουθούν τους ίδιους κανόνες με τους μεγαλύτερους.
Ο συν-συγγραφέας, καθηγητής Justin Read από το Πανεπιστήμιο του Σάρρεϋ, πρόσθεσε:
«Νέα δεδομένα και τεχνικές μοντελοποίησης μάς επιτρέπουν να χαρτογραφούμε το βαρυτικό πεδίο σε μικρότερες κλίμακες από ποτέ, προσφέροντάς μας νέες γνώσεις για αυτή την παράξενη, φαινομενικά αόρατη ουσία που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι δεν υπάρχει αρκετή πληροφορία μόνο από ό,τι μπορούμε να δούμε για να προσδιορίσουμε τη δύναμη του βαρυτικού πεδίου στους μικρότερους γαλαξίες. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί αν οι γαλαξίες αυτοί περιβάλλονται από ένα αόρατο νέφος σκοτεινής ύλης, το οποίο ‘περιέχει’ τις χαμένες πληροφορίες. Όμως οι θεωρίες MOND – τουλάχιστον όπως έχουν προταθεί μέχρι τώρα – απαιτούν το βαρυτικό πεδίο να καθορίζεται μόνο από ό,τι βλέπουμε. Και αυτό απλώς δεν φαίνεται να ισχύει.»
Αν και τα ευρήματα δεν απαντούν στα θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τη φύση της Σκοτεινής Ύλης όπως από τι αποτελείται ή πώς σχηματίζεται — βοηθούν να αποκλειστούν εναλλακτικές θεωρίες και να περιοριστεί το πλαίσιο αναζήτησης.
Οι μελλοντικές παρατηρήσεις, που θα στοχεύουν σε ακόμη πιο αμυδρούς και απομακρυσμένους γαλαξίες, θα συνεχίσουν να φωτίζουν αυτό το κοσμικό μυστήριο. Και, όπως δείχνουν τα νέα δεδομένα, οι επιστήμονες έχουν πλέον περισσότερους λόγους να πιστεύουν ότι η Σκοτεινή Ύλη παραμένει η πιο πιθανή εξήγηση για όσα βλέπουμε εκεί έξω.
Πηγή: Universetoday
