Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Η σκοτεινή ύλη είναι ένας αόρατος τύπος ύλης που θεωρείται ότι αποτελεί την πλειοψηφία όλης της ύλης στο Σύμπαν. Έχει μάζα, αλλά δεν μπορεί να φανεί και δεν αλληλεπιδρά με τη συνηθισμένη ύλη.

Πόση σκοτεινή ύλη υπάρχει;

Σύμφωνα με το τυπικό μας μοντέλο κοσμολογίας, η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 85 τοις εκατό της συνολικής ύλης στο Σύμπαν και το 27 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας μάζας του Σύμπαντος.

Ποιος ανακάλυψε τη σκοτεινή ύλη;

Το 1933, ο Ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky μελέτησε την κίνηση των γαλαξιών στο Σμήνος Κόμα, συγκρίνοντας τη μάζα που περιείχε με την ταχύτητα της τροχιάς των μεμονωμένων γαλαξιών. Αυτό που περίμενε να ανακαλύψει ήταν ότι η ποσότητα της βαρύτητας που έλκει τους γαλαξίες στα κέντρα του σμήνος θα εξηγούσε πόσο γρήγορα περιφέρονταν σε τροχιά.

Φανταστείτε έναν κομήτη να περνά με φερμουάρ δίπλα στον Ήλιο. Το πόσο θα λυγίσει η διαδρομή του κομήτη προς τον Ήλιο εξαρτάται από δύο πράγματα:το πόσο γρήγορα ταξιδεύει και τη δύναμη της βαρύτητας του Ήλιου. Εάν η βαρύτητα είναι αρκετά ισχυρή, ο κομήτης θα παγιδευτεί σε μια τροχιά. Εάν όχι, ή εάν ταξιδεύει πολύ γρήγορα, ο κομήτης θα εκτοξευτεί στο διάστημα.

Αυτό που βρήκε ο Zwicky ήταν ότι οι γαλαξίες στα εξωτερικά άκρα του σμήνος ταξίδευαν πολύ γρήγορα για να τους κρατήσει η βαρύτητα σε τροχιά. Τι θα μπορούσε λοιπόν να τους κρατήσει εκεί;

Η εκτίμηση του αριθμού και της φωτεινότητας των γαλαξιών στο σμήνος έδωσε στον Zwicky μια προσέγγιση της μάζας, την οποία χρησιμοποίησε για να υπολογίσει τη βαρύτητα. Επειδή η εκτίμησή του ήταν πολύ μικρή, θεώρησε ότι πρέπει να υπάρχει μάζα που δεν μπορεί να δει. Αυτό το ονόμασε dunkle Materie , ή "σκοτεινή ύλη".

Αυτή η σκοτεινή ύλη θα έπρεπε να έχει κάποιες περίεργες ιδιότητες. Έχει μάζα, άρα έχει βαρυτική δύναμη. Αλλά δεν μπορούμε να το δούμε, πράγμα που σημαίνει ότι δεν εκπέμπει ούτε αντανακλά φως.

Τι άλλα στοιχεία υπάρχουν για τη σκοτεινή ύλη;

Σε απόσταση περίπου 3,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη βρίσκεται ένα ζεύγος σμήνων γαλαξιών που συγκρούονται. Το μικρότερο από τα δύο, γνωστό ως Bullet Cluster, διαπερνά το μεγαλύτερο.

Στην παραπάνω εικόνα, οι γαλαξίες που απαρτίζουν τα σμήνη φαίνονται σε πορτοκαλί και λευκό χρώμα και το θερμό αέριο των σμηνών, το οποίο εκπέμπει ακτίνες Χ, φαίνεται με ροζ. Αυτά αποτελούν την «κανονική» ύλη στα σμήνη γαλαξιών.

Οι μπλε περιοχές της εικόνας, στα εξωτερικά άκρα, αποτελούν την πλειοψηφία της μάζας στα συμπλέγματα. Αυτή η μάζα εντοπίστηκε χάρη σε ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως βαρυτικός φακός.

Η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν μας λέει ότι ο ίδιος ο χωροχρόνος παραμορφώνεται από τη μάζα, κάτι που είναι ένα φαινόμενο που βλέπουμε ως βαρύτητα. Τα πάντα στο Σύμπαν επηρεάζονται από αυτό – ακόμα και το φως. Έτσι, ακόμα κι αν δεν μπορούμε να δούμε το ίδιο το θέμα, μπορούμε να δούμε τον τρόπο με τον οποίο το φως λυγίζει παρουσία του.

Έτσι, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης σε αυτά τα συγκρουόμενα σμήνη δεν είναι ούτε γαλαξίες ούτε θερμό αέριο, αλλά κάτι με μάζα που δεν μπορούμε να δούμε.

Το Bullet Cluster μας δίνει μια εικόνα για μια άλλη πτυχή της σκοτεινής ύλης. Η σκοτεινή ύλη έχει ταξιδέψει πολύ πιο μακριά μετά τη σύγκρουση από το θερμό αέριο, και τώρα βρίσκεται στα περίχωρα εάν το σύμπλεγμα. Ενώ το καυτό αέριο αισθάνθηκε μια δύναμη έλξης κατά τη σύγκρουση, όπως η αντίσταση του αέρα, η σκοτεινή ύλη δεν το έκανε. Αυτό σημαίνει ότι δεν αλληλεπιδρά με τον εαυτό του ή με την κανονική ύλη – εκτός αν λόγω βαρύτητας.

Από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη;

Παρά το όνομά του, δεν μπορεί απλά να αποτελείται από νεκρά αστέρια, αέρια και σκόνη. Η σκοτεινή ύλη πρέπει να αποτελείται από κάτι πιο εξωτικό από τα τυπικά ατομικά σωματίδια για να διασφαλιστεί ότι το Big Bang παράγει ένα σύμπαν χημικά παρόμοιο με αυτό που βλέπουμε.

Τέτοιοι παρατηρητικοί περιορισμοί ανάγκασαν τους θεωρητικούς να επικεντρωθούν σε μια χούφτα υποψηφίων για τη σκοτεινή ύλη.

Οι κύριοι υποψήφιοι περιλαμβάνουν τα λεγόμενα ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια («WIMPs») και τα gravitinos, η ύπαρξη των οποίων προβλέπεται από θεωρίες που στοχεύουν στην ενοποίηση όλων των θεμελιωδών δυνάμεων και σωματιδίων της φύσης, και άξονες, που προβλέπονται ότι υπάρχουν από θεωρίες για το πώς κρατούν οι ατομικοί πυρήνες μαζί. Τα πειράματα που γίνονται τώρα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων θα μπορούσαν σύντομα να αποκαλύψουν την αλήθεια. - Alexandra Franklin-Cheung

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τις εναλλακτικές εξηγήσεις για τη σκοτεινή ύλη:

• Αστέρια φαντάσματα:Η ριζική θεωρία που θα μπορούσε να λύσει το μυστήριο της σκοτεινής ύλης
• Οι μαύρες τρύπες και το πολυσύμπαν θα μπορούσαν να ευθύνονται για όλη τη σκοτεινή ύλη, ισχυρίζονται οι αστρονόμοι
• Θα μπορούσε η «σκοτεινή ύλη» να είναι απλώς νεκρά αστέρια και πλανήτες που επιπλέουν στα βάθη του διαστήματος;