Μυστηριώδης λάμψη στο κέντρο του γαλαξία μας – Τι υποπτεύονται οι επιστήμονες

Λίγο μετά την εκτόξευσή του το 2008, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Φέρμι της NASA ανίχνευσε στο κέντρο του Γαλαξία μας μια μυστηριώδης διάχυτη λάμψη ακτίνων γάμμα — μια ισχυρή ακτινοβολία που συνήθως εκπέμπεται από αντικείμενα υψηλής ενέργειας, όπως άστρα που εκρήγνυνται ή περιστρέφονται πολύ γρήγορα.

Έκτοτε, το φαινόμενο έχει προβληματίσει τους επιστήμονες, προκαλώντας εικασίες σχετικά με την αιτία της. Ορισμένοι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η πηγή της λάμψης είναι τα πάλσαρ – περιστρεφόμενα υπολείμματα άστρων που έχουν εκραγεί – ενώ άλλοι εικάζουν ότι μπορεί να πρόκειται για συγκρουόμενα σωματίδια σκοτεινής ύλης, μια αόρατη μορφή ύλης που πιστεύεται ότι είναι πέντε φορές πιο άφθονη στο σύμπαν από την κανονική ύλη.

Πλέον, νέες προσομοιώσεις που έγιναν με τη χρήση υπερυπολογιστών δείχνουν για πρώτη φορά ότι οι συγκρούσεις της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να δημιουργήσουν λάμψη σε σχήμα εξογκώματος, προσθέτοντας βάρος στη θεωρία της σκοτεινής ύλης.

«Βρισκόμαστε στην κατάσταση όπου έχουμε δύο θεωρίες, η μία που εισάγει την ύπαρξη σκοτεινής ύλης και ισχυρίζεται ότι θα μπορούσε να εξηγήσει τα δεδομένα που βλέπουμε, και η άλλη που αφορά παλιά αστέρια», δήλωσε ο Γιόζεφ Σιλκ, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο πανεπιστήμιο Τζον Χόπκινς και συν-συγγραφέας μιας μελέτης που περιγράφει λεπτομερώς τα νέα ευρήματα, η οποία δημοσιεύθηκε την προηγούμενη εβδομάδα στο περιοδικό Physical Review Letters.

«Υπάρχει 50% πιθανότητα να πρόκειται για σκοτεινή ύλη σε αυτό το σημείο, σε αντίθεση με την ελαφρώς πιο συνηθισμένη εξήγηση των παλαιών άστρων, κατά τη γνώμη μου», λέει ο Σιλκ.

Τα στοιχεία για την ύπαρξη σκοτεινής ύλης θα αποτελούσαν μια πρωτοποριακή ανακάλυψη. Ο Ελβετός αστρονόμος Φριτς Τσβίκι διατύπωσε για πρώτη φορά τη θεωρία της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης τη δεκαετία του 1930, και οι Αμερικανοί αστρονόμοι Βέρα Ρούμπιν και Γ. Κεντ Φορντ την επιβεβαίωσαν τη δεκαετία του 1970. Παρατήρησαν ότι τα αστέρια που περιστρέφονταν στην άκρη των σπειροειδών γαλαξιών κινούνταν πολύ γρήγορα για να συγκρατούνται μεταξύ τους μόνο από την ορατή ύλη και τη βαρύτητα, και υπέθεσαν ότι υπήρχε μια μεγάλη, αόρατη ποσότητα ύλης που τα εμπόδιζε να απομακρυνθούν. Παρά τις δεκαετίες προσπαθειών, οι επιστήμονες δεν έχουν παρατηρήσει ποτέ άμεσα τη μυστηριώδη ουσία, εξ ου και το όνομά της.

«Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η φύση της σκοτεινής ύλης είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της φυσικής», επισημαίνει ο Σιλκ. «Είναι κάτι που βρίσκεται παντού — κοντά μας, μακριά μας, και απλά δεν ξέρουμε τι είναι».

Η φύση της σκοτεινής ύλης

Υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με το τι θα μπορούσε να είναι η σκοτεινή ύλη, από υπολείμματα αρχέγονων μαύρων τρυπών μέχρι άγνωστοι τύποι σωματιδίων. Μεγάλο μέρος της προσπάθειας για την εύρεση σκοτεινής ύλης έχει επικεντρωθεί στην τελευταία ιδέα, οδηγώντας στην κατασκευή ανιχνευτών όπως το Πείραμα Σκοτεινής Ύλης LZ στη Νότια Ντακότα.

Το όργανο έχει σχεδιαστεί για να εντοπίζει έναν από τους κύριους υποψηφίους για σκοτεινή ύλη, τα υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια Μάζας (WIMPs), τα οποία δεν απορροφούν το φως και μπορούν να διέρχονται από την κανονική ύλη σχεδόν απρόσκοπτα. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι όταν δύο WIMPs συναντώνται, εξαϋλώνονται μεταξύ τους και παράγουν ακτίνες γάμμα, γεγονός που θα τα καθιστούσε μια πιθανή πηγή λάμψης.

Η μελέτη της ομάδας του Σιλκ χρησιμοποίησε υπερυπολογιστές για να δημιουργήσει έναν χάρτη για το πού θα έπρεπε να βρίσκεται η σκοτεινή ύλη στον Γαλαξία, λαμβάνοντας υπόψη τον αρχικό σχηματισμό του γαλαξία. «Η συμβολή μας ήταν, για πρώτη φορά, να κάνουμε μια πραγματική προσομοίωση σε υπολογιστή της κατανομής της σκοτεινής ύλης. Διαπιστώσαμε ότι το κεντρικό τμήμα της σκοτεινής ύλης, όπου θα εκπέμπονταν οι ακτίνες γάμμα, ήταν, στην πραγματικότητα, συντεθλιμμένο – σαν σχήμα αυγού – ταιριάζοντας πολύ με τα δεδομένα του τηλεσκοπίου Φέρμι», εξήγησε ο Σιλκ.

Η επιβεβαίωση της σύνδεσης της σκοτεινής ύλης με τη λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία μπορεί να μην είναι πολύ μακριά στο μέλλον. Ένα νέο όργανο, η Συστοιχία Τηλεσκοπίων Τσερένκοφ βρίσκεται υπό κατασκευή σε δύο τοποθεσίες – ένα στη Χιλή και ένα άλλο στην Ισπανία – και θα αρχίσει να καταγράφει δεδομένα από το 2027. Θα έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει ακτίνες γάμμα σε πολύ υψηλότερη ανάλυση από το Fermi, καθιστώντας δυνατό να διαπιστωθεί εάν οι ακτίνες γάμμα στο κέντρο του Γαλαξία μας είναι προϊόν συγκρούσεων σκοτεινής ύλης.

Ένα τέτοιο εύρημα θα αποτελούσε μια σημαντική ανακάλυψη στην πορεία αναζήτησης της αόρατης ουσίας και θα προσέφερε αποδείξεις ότι τουλάχιστον ένα μέρος της σκοτεινής ύλης αποτελείται από WIMPs. Εάν, αντίθετα, οι νέες αναλύσεις δεν συνδέσουν τη λάμψη με τη σκοτεινή ύλη, οι επιστήμονες θα επέστρεφαν στο μηδέν, με όλες τις επιλογές να είναι και πάλι στο τραπέζι.

Πηγές: CNN, sci.news