Το μυστήριο της σκοτεινής ύλης βαθαίνει

Όπως όλοι οι γαλαξίες, έτσι και ο Γαλαξίας μας φιλοξενεί μια περίεργη ουσία, που ονομάζεται σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι αόρατη, αλλά προδίδει την παρουσία της μόνο μέσω της βαρυτικής έλξης της. Χωρίς σκοτεινή ύλη τα ταχύτατα κινούμενα άστρα του Γαλαξία μας, που τα συγκρατεί μαζί, θα σκορπούσαν προς όλες τις κατευθύνσεις. Η φύση της σκοτεινής ύλης είναι λοιπόν ένα μυστήριο – ένα μυστήριο που μια νέα μελέτη δείχνει ότι μόνο βαθαίνει.

Μια καλλιτεχνική άποψη ενός νάνου γαλαξία όπως φαίνεται από την επιφάνεια ενός υποθετικού εξωπλανήτη. Μια νέα μελέτη διαπιστώνει ότι η σκοτεινή ύλη στους νάνους γαλαξίες κατανέμεται ομαλά αντί να συσσωρεύεται στα κέντρα τους. Όμως αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις προσομοιώσεις που χρησιμοποιούν το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο – γνωστό ως λ-CDM.

"Μετά την ολοκλήρωση αυτής της μελέτης, γνωρίζουμε λιγότερα για τη σκοτεινή ύλη από ό,τι πριν," είπε ο επικεφαλής της έρευνας Matt Walker, μέλος της ομάδας του Hubble στο Κέντρο για την Αστροφυσική του Harvard.

Το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο περιγράφει έναν κόσμο που κυριαρχείται από σκοτεινή ενέργεια και σκοτεινή ύλη. Οι περισσότεροι αστρονόμοι υποθέτουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από "ψυχρά" (δηλαδή βραδυκίνητα) εξωτικά σωματίδια, που συγκολώνται βαρυτικά. Μακροπρόθεσμα, αυτές οι συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης προσελκύουν την κανονική ύλη, που σχηματίζουν τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Οι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν ισχυρούς υπολογιστές για την προσομοίωση αυτής της διαδικασίας. Οι προσομοιώσεις τους δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη θα πρέπει να σχηματίζει πυκνά συσσωματώματα στα κέντρα των γαλαξιών. Όμως στην πραγματικότητα, νέες μετρήσεις από δύο νάνους γαλαξίες δείχνουν ότι περιέχουν μια ομαλή κατανομή της σκοτεινής ύλης. Αυτό υποδηλώνει ότι το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο μπορεί να είναι λάθος.

“Οι μετρήσεις μας σε αντίθεση με μια βασική πρόβλεψη που κάνει το στάνταρτ για τη δομή της ψυχρής σκοτεινής ύλης στους νάνους γαλαξίες. Εκτός ή έως ότου οι θεωρητικοί τροποποιήσουν αυτή την πρόβλεψη, η ψυχρή σκοτεινή ύλη είναι ασυμβίβαστη με τα παρατηρησιακά δεδομένα μας", δήλωσε ο Walker.

Οι νάνοι γαλαξίες αποτελούνται από έως και 99 τοις εκατό από σκοτεινή ύλη και μόνο το 1 τοις εκατό είναι η κανονική ύλη, όπως τα αστέρια. Αυτή η διαφορά κάνει τους νάνους γαλαξίες ιδανικούς στόχους για τους αστρονόμους, που επιδιώκουν να κατανοήσουν τη σκοτεινή ύλη.

Ο Walker και ο συνεργάτης του Jorge Peñarrubia (Πανεπιστήμιο Cambridge στη Βρετανία) ανέλυσαν την κατανομή της σκοτεινής ύλης σε δύο νάνους γαλαξίες, γείτονες του Γαλαξία μας: της Καμίνου (Fornax) και του Γλύπτη (Sculptor). Αυτοί οι γαλαξίες περιέχουν 1 έως 10 εκατομμύρια αστέρια, σε σύγκριση με περίπου τα 400 δισεκατομμύρια του Γαλαξία μας. Η ομάδα μέτρησε τις τοποθεσίες, τις ταχύτητες και τις βασικές χημικές συνθέσεις 1500 με 2500 άστρων.

"Τα άστρα σε ένα νάνο γαλαξία κινούνται σαν τις μέλισσες σε μια κυψέλη, αντί να κινούνται με όμορφες, κυκλικές τροχιές όπως σε ένα σπειροειδή γαλαξία," εξήγησε ο Peñarrubia. "Το γεγονός αυτό κάνει πολύ πιο δύσκολο να προσδιοριστεί η κατανομή της σκοτεινής ύλης."

Τα στοιχεία τους έδειξαν ότι και στις δύο περιπτώσεις, η σκοτεινή ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε μια σχετικά μεγάλη περιοχή, έκτασης αρκετές εκατοντάδες έτη φωτός. Κι αυτό το στοιχείο έρχεται σε αντίθεση με την πρόβλεψη ότι η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης θα πρέπει να αυξάνεται σημαντικά προς τα κέντρα αυτών των γαλαξιών.

"Αν ένας νάνος γαλαξίας ήταν ένα ροδάκινο, το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, λέει ότι θα πρέπει να βρούμε μια σκοτεινή ύλη στο κέντρο, σαν «λάκκο». Αντιθέτως, οι πρώτοι δύο νάνοι γαλαξίες που μελετήσαμε είναι σαν να μην έχουμε ‘λακούβα’”, είπε ο Peñarrubia.

Μερικοί πάντως έχουν προτείνει ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της κανονικής και της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να εξαπλώσει την σκοτεινή ύλη, αλλά οι νέες προσομοιώσεις δεν δείχνουν ότι συμβαίνει αυτό στους νάνους γαλαξίες. Οι νέες μετρήσεις υπονοούν ότι είτε η κανονική ύλη επηρεάζει τη σκοτεινή ύλη περισσότερο από το αναμενόμενο, είτε η σκοτεινή ύλη δεν είναι "ψυχρή". Η ομάδα ελπίζει να βρεθεί τι συμβαίνει με τη μελέτη περισσότερων νάνων γαλαξιών, ιδιαίτερα γαλαξίες με ακόμη μεγαλύτερο ποσοστό σκοτεινής ύλης.

Η έρευνα αυτή έγινε δεκτή για δημοσίευση στο Astrophysical Journal.

Πηγή

Posted in: Διάστημα