Οι αστρονόμοι λένε ότι βρήκαν σε πολλά από τα σύμπαντα που λείπουν άτομα
Εάν απογοητεύεστε όταν δεν μπορείτε να βρείτε τα κλειδιά σας, φανταστείτε πώς νιώθουν οι αστρονόμοι. Για χρόνια δεν ήταν σε θέση να εντοπίσουν περίπου τα μισά άτομα που πιστεύουν ότι πρέπει να περιέχει το σύμπαν. Τώρα, οι ερευνητές έχουν εντοπίσει πολλή από αυτήν την ύλη που λείπει χρησιμοποιώντας ακτινοβολία από το πρώιμο σύμπαν που λειτουργεί λίγο σαν ένα λέιζερ που φωτίζει τον καπνό. Το εύρημα συμβάλλει στη σταθεροποίηση της κατανόησής μας για το πώς έχει εξελιχθεί το σύμπαν με την πάροδο του χρόνου.
Οι κοσμολόγοι γνωρίζουν κατά προσέγγιση πόσο υδρογόνο και ήλιο δημιουργήθηκε κατά τα πρώτα 20 λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτοί οι αριθμοί επιβεβαιώνονται από μελέτες για τη λάμψη της μεγάλης έκρηξης - το λεγόμενο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) - που υποδηλώνει ότι το σύμπαν μας αποτελείται από περίπου 70% σκοτεινή ενέργεια, 23% σκοτεινή ύλη και μόνο 4,6% από συνηθισμένη , ή βαρυονική, ύλη. Ωστόσο, τα αστέρια και οι γαλαξίες αντιπροσωπεύουν μόνο το 10% περίπου της συναγόμενης συνηθισμένης ύλης και όλοι οι ερευνητές δεν μπορούν να αντιπροσωπεύουν έως και τα μισά άτομα που πιστεύουν ότι πρέπει να υπάρχουν.
«Αυτό είναι ντροπιαστικό, όπως μπορείτε να φανταστείτε», λέει ο αστρονόμος Renyue Cen του Πανεπιστημίου του Princeton, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα εργασία. "Όχι μόνο έχουμε το μεγαλύτερο μέρος της ύλης που είναι σκοτεινή και το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που είναι ακόμα πιο σκοτεινή, αλλά από το 5% που είναι κανονικά άτομα, τα περισσότερα λείπουν."
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι γνωρίζουν πού βρίσκονται τα βαρυόνια. Σύμφωνα με το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο, το οποίο προβλέπει πώς το σύμπαν μεγάλωσε και άλλαξε από τις πρώτες μέρες του, το σύμπαν είναι γεμάτο με τεράστιες δέσμες σκοτεινής ύλης και οι γαλαξίες είναι ενσωματωμένοι σε αυτόν τον αποκαλούμενο κοσμικό ιστό. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι τα άτομα που λείπουν βρίσκονται σε διάχυτα σύννεφα υψηλά ιονισμένου αερίου που εκτείνονται μεταξύ των γαλαξιών. Γνωστό ως θερμή-καυτή διαγαλαξιακή ύλη (WHIM), αυτό το αέριο εκατομμυρίων μοιρών λάμπει με ακτίνες Χ, αλλά είναι τόσο λεπτό που είναι πολύ δύσκολο να το δούμε. Χρησιμοποιώντας παρατηρητήρια που μπορούν να δουν την υπεριώδη ακτινοβολία, όπως το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, οι αστρονόμοι εντόπισαν αρκετό WHIM ώστε να αντιπροσωπεύει περίπου το 50% έως 70% των βαρυονίων που λείπουν — αφήνοντας ακόμα ένα σημαντικό κλάσμα αγνοούμενο.
Στη νέα εργασία, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου προσπάθησε να πειράξει το WHIM σε νηματώδη δίκτυα χρησιμοποιώντας μια εντελώς διαφορετική πηγή φωτισμού:το ίδιο το CMB. Καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν, τα φωτόνια στο CMB τεντώθηκαν σε μεγαλύτερα μήκη κύματος και ψύχονταν σε μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν στη σύγχρονη εποχή. Όταν αυτά τα φωτόνια χτυπούν ηλεκτρόνια στον κοσμικό ιστό, μπορούν να αποκτήσουν ενέργεια και τα μήκη κύματός τους να μειωθούν κατά ένα μικρό ποσό, σε ένα φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο Sunyaev-Zel'dovich (SZ). Αναζητώντας λοιπόν το φαινόμενο SZ, οι ερευνητές μπορούν να εντοπίσουν το WHIM στον κοσμικό ιστό.
Το φαινόμενο SZ είναι εξαιρετικά αδύναμο, μειώνοντας το μήκος κύματος του φωτονίου κατά περίπου ένα μέρος στα 10 εκατομμύρια. Προκειμένου να λάβουν ένα αρκετά ισχυρό σήμα για να το δουν, οι ερευνητές πήραν 1 εκατομμύριο ζεύγη γαλαξιών που βρέθηκαν στο Sloan Digital Sky Survey, όλοι χωρίζονται σε παρόμοια απόσταση, και στοίβαξαν τις εικόνες τους μαζί. Σίγουρα, κατάφεραν να διακρίνουν το φαινόμενο SZ στις συγχωνευμένες εικόνες, παρέχοντας μια εκτίμηση για την ποσότητα της θερμής βαρυονικής ύλης που τροποποιεί τα παγωμένα φωτόνια μικροκυμάτων, όπως αναφέρουν σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο προεκτύπωσης arXiv στις 29 Σεπτεμβρίου.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η ύλη στον κοσμικό ιστό είναι περίπου έξι φορές πιο πυκνή από τον παγκόσμιο μέσο όρο, αρκετή για να περιλαμβάνει περίπου το 30% της μάζας που λείπει. Μια ανεξάρτητη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο arXiv στις 15 Σεπτεμβρίου χρησιμοποιώντας την τεχνική SZ σε 260.000 ζεύγη γαλαξιών κατέληξε σε παρόμοιο συμπέρασμα.
Ορισμένοι ειδικοί διατηρούν επιφυλάξεις σχετικά με τα ευρήματα. «Υπάρχουν κάποιες υποθέσεις που με ανησυχούν», λέει ο αστρονόμος J. Michael Shull του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder. «Έχουν υποθέσει ότι όλο το αέριο στα νήματα είναι ακριβώς κατά μήκος της οπτικής γραμμής μεταξύ των δύο γαλαξιών και αυτό μάλλον δεν είναι σωστό». Μια πιο περίπλοκη 3D διάταξη υλικού είναι πιο πιθανή, σημειώνει.
Θα χρειαστεί πιθανώς ένα μεγάλο τηλεσκόπιο ακτίνων Χ επόμενης γενιάς για να εντοπίσει τελικά όλη τη βαρυονική ύλη που λείπει. Μόλις συμβεί αυτό, η τεχνική εφέ SZ θα μπορούσε να προσφέρει έναν ανεξάρτητο τρόπο για να επιβεβαιώσει τα ευρήματά της, λέει ο Cen.
