Το ελαφρά μετατοπισμένο αστέρι θα μπορούσε να αναγκάσει την επανεξέταση της σκοτεινής ύλης
Για δεκαετίες, οι αστροφυσικοί πίστευαν ότι κάποιο είδος μυστηριώδους σκοτεινής ύλης πρέπει να παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της βαρύτητας που κολλά τους γαλαξίες μεταξύ τους. Για σχεδόν τόσο καιρό, οι επιστήμονες προσπάθησαν να εντοπίσουν το υλικό που αλληλεπιδρά με τη συνηθισμένη ύλη με κάποιον άλλο τρόπο - ας πούμε, αναζητώντας σωματίδια της που αναπηδούν από τους ατομικούς πυρήνες. Τώρα, μια ομάδα αστρονόμων αναφέρει ένα πιθανό σημάδι αλληλεπίδρασης της σκοτεινής ύλης - αν και όχι με τη συνηθισμένη ύλη, αλλά με την ίδια. Αν ισχύει, αυτή η ερμηνεία θα απαιτούσε μια σημαντική επανεξέταση της αστροφυσικής και της κοσμολογίας. Αλλά είναι δυνατές πιο πεζές εξηγήσεις, άλλοι προειδοποιούν.
«Καθίσαμε και προσπαθήσαμε να σκεφτούμε τι άλλο θα μπορούσε να εξηγήσει [την παρατήρηση]», λέει ο Richard Massey, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο και κύριος συγγραφέας της νέας εργασίας. "Δεν έχουμε καταλήξει σε τίποτα ακόμα."
Μέχρι στιγμής, όλα τα αστροφυσικά και κοσμολογικά δεδομένα υποδηλώνουν ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας. Μελέτες για τη λάμψη της μεγάλης έκρηξης - το λεγόμενο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο - δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 82% όλης της ύλης στο σύμπαν, που σημαίνει ότι μόνο το 18% της ύλης είναι το συνηθισμένο υλικό που σχηματίζει γαλαξίες, αστέρια και πλανήτες. Τεράστιες προσομοιώσεις υπολογιστή δείχνουν ότι, καθώς το σύμπαν εξελισσόταν, η σκοτεινή ύλη συγκεντρώθηκε σε όλο και μεγαλύτερες συστάδες. Η βαρύτητα μιας συστάδας ή ενός "φωτοστέφανου" έλκει τη συνηθισμένη ύλη για να σχηματίσει έναν γαλαξία μέσα σε αυτήν.
Αυτές οι προσομοιώσεις υποθέτουν ότι η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με καμία δύναμη εκτός από τη βαρύτητα, ούτε καν με τον εαυτό της. Η συνηθισμένη ύλη, αντίθετα, αλληλεπιδρά μέσω άλλων δυνάμεων, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης που δεσμεύει τα ηλεκτρόνια στα άτομα και παράγει φως. Ως αποτέλεσμα, το θερμό αέριο ασκεί πίεση, έτσι ώστε όταν δύο σμήνη γαλαξιών συγκρούονται να μπορούν να φυσήξουν το αέριο το ένα από το άλλο. Οι αστρονόμοι έχουν εκμεταλλευτεί αυτή τη διαφορά για να αποδείξουν, στις συγκρούσεις των γαλαξιών, την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Σε τέτοιες συγκρούσεις, το αέριο καταλήγει χωριστά από τη σκοτεινή ύλη, η οποία μπορεί να εντοπιστεί από τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα του παραμορφώνει τις εικόνες πιο μακρινών γαλαξιών.
Τα τελευταία χρόνια, ορισμένοι θεωρητικοί έχουν προτείνει ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό της. Μια τέτοια αυτοαλληλεπιδρούσα σκοτεινή ύλη μπορεί να βοηθήσει στην εξομάλυνση ορισμένων κολλωδών σημείων στις προσομοιώσεις, όπως η τάση τους να παράγουν πάρα πολλούς μικρούς γαλαξίες και γαλαξίες των οποίων οι πυκνότητες κορυφώνονται υπερβολικά απότομα στο κέντρο—το λεγόμενο πρόβλημα πυρήνα.
Τώρα, ο Massey και άλλοι 21 αναφέρουν πιθανές άμεσες ενδείξεις μιας τέτοιας αλληλεπίδρασης με τον εαυτό τους. Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA και το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου —μια μπαταρία τεσσάρων τηλεσκοπίων 8,2 μέτρων στο Cerro Paranal στη Χιλή— μελέτησαν ένα σμήνος γαλαξιών γνωστό ως Abell 3827, περίπου 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ο πυρήνας του περιέχει τέσσερις παλιούς ελλειπτικούς γαλαξίες και ευθυγραμμίζονται στον ουρανό με έναν πολύ πιο μακρινό σπειροειδή γαλαξία όπως ο Γαλαξίας μας. Χάρη στη βαρύτητά του, το σμήνος λειτουργεί σαν φακός, παραμορφώνοντας όχι μόνο την εικόνα του πιο απομακρυσμένου γαλαξία, αλλά και κάνοντας τέσσερις διαφορετικές διασκεδαστικές εικόνες του σπιτιού του να εμφανίζονται γύρω από το σμήνος.
Συγκρίνοντας και, με τη βοήθεια ενός υπολογιστή, ξεμπερδεύοντας αυτές τις εικόνες, ο Massey και οι συνεργάτες του μπόρεσαν να χαρτογραφήσουν τη μάζα στο σύμπλεγμα, όπως εξηγούν στο διαδίκτυο σήμερα στις Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας . Και εκεί προέκυψε η έκπληξη:Το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης για έναν από τους γαλαξίες του σμήνος φαίνεται να διαχωρίζεται από τα αστέρια στον ίδιο τον γαλαξία. Αυτή η μετατόπιση είναι η υπόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, λέει ο Massey.
Αυτό συμβαίνει επειδή όταν οι γαλαξίες συγκρούονται ή αλληλεπιδρούν, τα αστέρια -σε αντίθεση με το αέριο- θα πρέπει επίσης να αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της βαρύτητας, καθώς η απόσταση μεταξύ των αστεριών είναι τόσο μεγάλη που δεν συγκρούονται ποτέ. Αλλά τότε, τα αστέρια και το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης τους θα πρέπει να ακολουθούν τις ίδιες τροχιές και να παραμένουν ενωμένα, λέει ο Massey. Έτσι, το γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη καταλήγει χωρισμένη από τα αστέρια υποδηλώνει ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της κατά κάποιο τρόπο. "Αυτό που μπορείτε να λάβετε έντονα είναι ότι βλέπουμε ένα φαινόμενο - ότι η σκοτεινή ύλη κάνει κάτι διαφορετικό από τον γαλαξία που κάποτε περιέβαλλε", λέει.
«Μπορώ να πιστέψω, ενδεχομένως, τη μετρούμενη μετατόπιση», λέει η Maruša Bradač, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis. «Αλλά είτε πρόκειται για αυτό που αλληλεπιδρά με τη σκοτεινή ύλη είτε για κάποιο αποτέλεσμα [συνηθισμένης ύλης], για το οποίο μπορώ να σκεφτώ πολλά, νομίζω ότι είναι πρόωρο να το πω». Για παράδειγμα, λέει ο Bradač, οι αλληλεπιδράσεις των ίδιων των τεσσάρων γαλαξιών πυροδοτούν το σχηματισμό αστεριών που χωρίζονται από τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης. Για να δοκιμάσουν τέτοιες δυνατότητες, οι ερευνητές πρέπει να μοντελοποιήσουν τη λεπτομερή εξέλιξη του συμπλέγματος, λέει. Ο Massey λέει ότι η ομάδα του εργάζεται ήδη σε αυτό.
Ακόμα κι αν η παρατήρηση είναι απόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, αυτή η αλληλεπίδραση φαίνεται να είναι περίπου 1/1000 τόσο ισχυρή όσο θα χρειαζόταν για να εξηγηθεί το πρόβλημα του πυρήνα. Μάλιστα, πριν από 2 εβδομάδες ο Massey και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν στο Science μια μελέτη συγκρουόμενων σμηνών γαλαξιών που περιόρισε τη δύναμη τέτοιων αυτο-αλληλεπιδράσεων. «Αυτή η προηγούμενη μελέτη έδειξε ότι [η δύναμη της αλληλεπίδρασης] είναι χαμηλή», εξηγεί ο Massey. Το νέο αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι "είναι πραγματικά, πολύ χαμηλό, αλλά δεν είναι μηδέν."
