Ιστός σκοτεινής ύλης
Στη δεκαετία του 1930, ένας Ελβετός αστρονόμος ονόματι Fritz Zwicky παρατήρησε ότι οι γαλαξίες σε ένα μακρινό σμήνος ήταν σε τροχιά ο ένας γύρω από τον άλλο πολύ πιο γρήγορα από ό, τι θα έπρεπε να τους δοθεί η ποσότητα της ορατής μάζας που είχαν. Πρότεινε ότι μια αόρατη ουσία, την οποία ονόμασε σκοτεινή ύλη, θα μπορούσε να έλκει βαρυτικά αυτούς τους γαλαξίες.
Από τότε, οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι αυτό το μυστηριώδες υλικό μπορεί να βρεθεί σε όλο το σύμπαν και ότι είναι έξι φορές πιο άφθονο από την κανονική ύλη που αποτελεί συνηθισμένα πράγματα όπως τα αστέρια και οι άνθρωποι. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι βλέπουν σκοτεινή ύλη σε όλο το σύμπαν, οι επιστήμονες ως επί το πλείστον εξακολουθούν να ξύνουν το κεφάλι τους πάνω της. Εδώ είναι τα 11 μεγαλύτερα αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τη σκοτεινή ύλη.
Τι είναι η σκοτεινή ύλη;
Πρώτον και ίσως πιο περίπλοκο, οι ερευνητές παραμένουν αβέβαιοι για το τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ύλη. Αρχικά, ορισμένοι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η χαμένη μάζα στο σύμπαν αποτελείται από μικρά αχνά αστέρια και μαύρες τρύπες, αν και λεπτομερείς παρατηρήσεις δεν έχουν δείξει αρκετά τέτοια αντικείμενα για να εξηγήσουν την επιρροή της σκοτεινής ύλης, όπως έγραψε προηγουμένως ο φυσικός Don Lincoln του Fermilab του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για το Live Science. Ο σημερινός κύριος υποψήφιος για το μανδύα της σκοτεινής ύλης είναι ένα υποθετικό σωματίδιο που ονομάζεται ασθενώς αλληλεπιδρών μαζικό σωματίδιο, ή WIMP, το οποίο θα συμπεριφερόταν σαν νετρόνιο εκτός από το ότι θα ήταν μεταξύ 10 και 100 φορές βαρύτερο από ένα πρωτόνιο, όπως έγραψε ο Λίνκολν. Ωστόσο, αυτή η εικασία έχει οδηγήσει μόνο σε περισσότερες ερωτήσεις - για παράδειγμα...
Μπορούμε να ανιχνεύσουμε τη σκοτεινή ύλη;
Εάν η σκοτεινή ύλη είναι κατασκευασμένη από WIMPs, θα πρέπει να είναι παντού γύρω μας, αόρατη και ελάχιστα ανιχνεύσιμη. Γιατί λοιπόν δεν έχουμε βρει ακόμα; Ενώ δεν αλληλεπιδρούν πολύ με τη συνηθισμένη ύλη, υπάρχει πάντα κάποια μικρή πιθανότητα ότι ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να χτυπήσει ένα κανονικό σωματίδιο όπως ένα πρωτόνιο ή ηλεκτρόνιο καθώς ταξιδεύει μέσα στο διάστημα. Έτσι, οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει το ένα πείραμα μετά το άλλο για να μελετήσουν τεράστιους αριθμούς συνηθισμένων σωματιδίων βαθιά κάτω από το έδαφος, όπου προστατεύονται από παρεμβαλλόμενη ακτινοβολία που θα μπορούσε να μιμηθεί μια σύγκρουση σκοτεινής ύλης-σωματιδίων. Το πρόβλημα; Μετά από δεκαετίες αναζήτησης, κανένας από αυτούς τους ανιχνευτές δεν έχει κάνει μια αξιόπιστη ανακάλυψη. Νωρίτερα φέτος, το κινεζικό πείραμα PandaX ανέφερε την τελευταία μη ανίχνευση WIMP. Φαίνεται πιθανό ότι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης είναι πολύ μικρότερα από τα WIMPs ή δεν έχουν τις ιδιότητες που θα τα καθιστούσαν εύκολο να μελετηθούν, δήλωσε ο φυσικός Hai-Bo Yu του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Riverside, στο Live Science εκείνη την εποχή.
σκοτεινή ύλη αποτελείται από περισσότερα από ένα σωματίδια;
Η συνηθισμένη ύλη αποτελείται από καθημερινά σωματίδια όπως πρωτόνια και ηλεκτρόνια, καθώς και από έναν ολόκληρο ζωολογικό κήπο πιο εξωτικών σωματιδίων όπως νετρίνα, μιόνια και πιόνια. Έτσι, ορισμένοι ερευνητές έχουν αναρωτηθεί αν η σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, θα μπορούσε επίσης να είναι εξίσου περίπλοκη. «Δεν υπάρχει κανένας καλός λόγος να υποθέσουμε ότι όλη η σκοτεινή ύλη στο σύμπαν είναι χτισμένη από έναν τύπο σωματιδίου», δήλωσε ο φυσικός Andrey Katz του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ στο Space.com, αδελφή ιστοσελίδα του Live Science. Τα σκοτεινά πρωτόνια θα μπορούσαν να συνδυαστούν με σκοτεινά ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν σκοτεινά άτομα, παράγοντας διαμορφώσεις τόσο διαφορετικές και ενδιαφέρουσες όσο αυτές που βρίσκονται στον ορατό κόσμο, δήλωσε ο Katz. Ενώ τέτοιες προτάσεις έχουν όλο και περισσότερο φανταστεί κανείς στα εργαστήρια φυσικής, η εξεύρεση ενός τρόπου επιβεβαίωσης ή διάψευσης τους έχει μέχρι στιγμής ξεφύγει από τους επιστήμονες. [Παράξενα κουάρκ και μιόνια, ω μου! Τα μικρότερα σωματίδια της φύσης τεμαχίστηκαν]
Υπάρχουν σκοτεινές δυνάμεις;
Μαζί με πρόσθετα σωματίδια σκοτεινής ύλης, υπάρχει η πιθανότητα ότι η σκοτεινή ύλη βιώνει δυνάμεις ανάλογες με εκείνες που αισθάνεται η κανονική ύλη. Μερικοί ερευνητές έχουν ψάξει για «σκοτεινά φωτόνια», τα οποία θα ήταν σαν τα φωτόνια που ανταλλάσσονται μεταξύ κανονικών σωματιδίων που προκαλούν την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, εκτός από το ότι θα γίνουν αισθητά μόνο από σωματίδια σκοτεινής ύλης. Φυσικοί στην Ιταλία ετοιμάζονται να συντρίψουν μια δέσμη ηλεκτρονίων και των αντισωματιδίων τους, γνωστά ως ποζιτρόνια, σε ένα διαμάντι, όπως ανέφερε προηγουμένως το Live Science. Εάν υπάρχουν σκοτεινά φωτόνια, τα ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων θα μπορούσαν να εξαϋλώσουν και να παράγουν ένα από τα παράξενα σωματίδια μεταφοράς δύναμης, ανοίγοντας ενδεχομένως έναν ολοκαίνουργιο τομέα του σύμπαντος.
Θα μπορούσε η σκοτεινή ύλη να αποτελείται από αξιόνια;
Καθώς οι φυσικοί ερωτεύονται όλο και περισσότερο τα WIMPs, άλλα σωματίδια σκοτεινής ύλης αρχίζουν να κερδίζουν την εύνοια. Μία από τις κύριες αντικαταστάσεις είναι ένα υποθετικό σωματίδιο γνωστό ως άξιο, το οποίο θα ήταν εξαιρετικά ελαφρύ, ίσως μόλις 10 ανυψωμένο στην 31η δύναμη μικρότερη μάζα από ένα πρωτόνιο. Τα αξιόνια αναζητούνται τώρα σε μερικά πειράματα. Πρόσφατες προσομοιώσεις σε υπολογιστή έχουν αυξήσει την πιθανότητα ότι αυτά τα αξιόνια θα μπορούσαν να σχηματίσουν αντικείμενα που μοιάζουν με αστέρια, τα οποία θα μπορούσαν να παράγουν ανιχνεύσιμη ακτινοβολία που θα ήταν αρκετά παρόμοια με μυστηριώδη φαινόμενα γνωστά ως εκρήξεις γρήγορου ραδιοφώνου, όπως ανέφερε προηγουμένως το Live Science.
Ποιες είναι οι ιδιότητες της σκοτεινής ύλης;
Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν τη σκοτεινή ύλη μέσω των βαρυτικών αλληλεπιδράσεών της με τη συνηθισμένη ύλη, γεγονός που υποδηλώνει ότι αυτός είναι ο κύριος τρόπος για να γίνει γνωστή η παρουσία της στο σύμπαν. Αλλά όταν προσπαθούν να κατανοήσουν την πραγματική φύση της σκοτεινής ύλης, οι ερευνητές έχουν αξιοσημείωτα λίγα να συνεχίσουν. Σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες, τα σωματίδια σκοτεινής ύλης θα πρέπει να είναι τα δικά τους αντισωματίδια, πράγμα που σημαίνει ότι δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης θα εξαϋλωθούν το ένα με το άλλο όταν συναντηθούν. Το πείραμα Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό αναζητά τα αποκαλυπτικά σημάδια αυτής της εξόντωσης από το 2011και έχει ήδη ανιχνεύσει εκατοντάδες χιλιάδες γεγονότα. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην είναι σίγουροι αν αυτά προέρχονται από τη σκοτεινή ύλη και το σήμα δεν τους έχει ακόμη βοηθήσει να εντοπίσουν ακριβώς τι είναι η σκοτεινή ύλη.
Υπάρχει σκοτεινή ύλη σε κάθε γαλαξία;
Επειδή υπερτερεί τόσο μαζικά της συνηθισμένης ύλης, η σκοτεινή ύλη λέγεται συχνά ότι είναι η δύναμη ελέγχου που οργανώνει μεγάλες δομές όπως γαλαξίες και γαλαξιακά σμήνη. Έτσι, ήταν περίεργο όταν, νωρίτερα φέτος, οι αστρονόμοι ανακοίνωσαν ότι είχαν βρει έναν γαλαξία με το όνομα NGC 1052-DF2 που φαινόταν να περιέχει σχεδόν καθόλου σκοτεινή ύλη. «Η σκοτεινή ύλη προφανώς δεν αποτελεί προϋπόθεση για το σχηματισμό ενός γαλαξία», δήλωσε ο Pieter van Dokkum του Πανεπιστημίου Yale στο Space.com εκείνη την εποχή. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, μια ξεχωριστή ομάδα δημοσίευσε μια ανάλυση που υποδηλώνει ότι η ομάδα του van Dokkum είχε μετρήσει λανθασμένα την απόσταση από τον γαλαξία, πράγμα που σημαίνει ότι η ορατή ύλη του ήταν πολύ πιο αμυδρή και ελαφρύτερη από τα πρώτα ευρήματα και ότι μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ήταν στη σκοτεινή ύλη από ό, τι είχε προταθεί προηγουμένως.
Τι συμβαίνει με τα αποτελέσματα DAMA/Libra;
Ένα μακροχρόνιο μυστήριο στη σωματιδιακή φυσική είναι τα αινιγματικά αποτελέσματα ενός ευρωπαϊκού πειράματος γνωστού ως DAMA/LIBRA. Αυτός ο ανιχνευτής - που βρίσκεται σε ένα υπόγειο ορυχείο κάτω από το βουνό Gran Sasso στην Ιταλία - ψάχνει για μια περιοδική ταλάντωση στα σωματίδια σκοτεινής ύλης. Αυτή η ταλάντωση θα πρέπει να προκύψει καθώς η Γη κινείται στην τροχιά της γύρω από τον ήλιο, ενώ πετάει μέσα από το γαλαξιακό ρεύμα σκοτεινής ύλης που περιβάλλει το ηλιακό μας σύστημα, μερικές φορές ονομάζεται άνεμος σκοτεινής ύλης. Από το 1997, το DAMA/LIBRA ισχυρίζεται ότι βλέπει ακριβώς αυτό το σήμα, αν και κανένα άλλο πείραμα δεν έχει δει κάτι τέτοιο.
Θα μπορούσε η σκοτεινή ύλη να έχει ηλεκτρικό φορτίο;
Ένα σήμα από την αρχή του χρόνου οδήγησε ορισμένους φυσικούς να προτείνουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να έχει ηλεκτρικό φορτίο. Ακτινοβολία με μήκος κύματος 21 εκατοστών εκπέμπεται από αστέρια στα σπάργανα του σύμπαντος, μόλις 180 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Στη συνέχεια απορροφήθηκε από κρύο υδρογόνο που ήταν περίπου την ίδια στιγμή. Όταν αυτή η ακτινοβολία ανιχνεύθηκε τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους, η υπογραφή της υποδηλώνει ότι το υδρογόνο ήταν πολύ πιο κρύο από ό, τι είχαν προβλέψει οι επιστήμονες. Ο αστροφυσικός Julian Muñoz του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ υπέθεσε ότι η σκοτεινή ύλη με ηλεκτρικό φορτίο θα μπορούσε να έχει τραβήξει θερμότητα μακριά από το διάχυτο υδρογόνο, κάτι σαν παγάκια που επιπλέουν στη λεμονάδα, όπως είπε στο Live Science εκείνη την εποχή. Αλλά η εικασία δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί.
Μπορούν τα συνηθισμένα σωματίδια να διασπαστούν σε σκοτεινή ύλη;
Τα νετρόνια είναι σωματίδια κανονικής ύλης με περιορισμένη διάρκεια ζωής. Μετά από περίπου 14,5 λεπτά, ένα μοναχικό νετρόνιο που δεν έχει προσδεθεί από ένα άτομο θα διασπαστεί σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Αλλά δύο διαφορετικές πειραματικές ρυθμίσεις δίνουν ελαφρώς διαφορετική διάρκεια ζωής για αυτή τη διάσπαση, με την διαφορά μεταξύ τους περίπου 9 δευτερόλεπτα, σύμφωνα με πειράματα που αναφέρονται σε μια μελέτη του Ιουλίου στο περιοδικό Physical Review Letters. Νωρίτερα φέτος, οι φυσικοί πρότειναν ότι αν το 1% των περιπτώσεων, κάποια νετρόνια διασπώνται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, θα μπορούσε να εξηγήσει αυτή την ανωμαλία. Ο Christopher Morris από το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos, στο Νέο Μεξικό, και η ομάδα του παρακολούθησαν νετρόνια για ένα σήμα που θα μπορούσε να είναι σκοτεινή ύλη, αλλά δεν ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν τίποτα. Πρότειναν ότι άλλα σενάρια αποσύνθεσης μπορεί να είναι ακόμα πιθανά, σύμφωνα με τη μελέτη.
Υπάρχει πράγματι σκοτεινή ύλη;
Δεδομένων των δυσκολιών που αντιμετώπισαν οι επιστήμονες προσπαθώντας να ανιχνεύσουν και να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη, ένας λογικός ερωτών μπορεί να αναρωτηθεί αν τα κάνει όλα λάθος. Για πολλά χρόνια, μια ηχηρή μειοψηφία φυσικών έχει προωθήσει την ιδέα ότι ίσως οι θεωρίες μας για τη βαρύτητα είναι απλά λανθασμένες και ότι η θεμελιώδης δύναμη λειτουργεί διαφορετικά σε μεγάλες κλίμακες από ό, τι περιμένουμε. Συχνά γνωστές ως «τροποποιημένη νευτώνεια δυναμική» ή μοντέλα MOND, αυτές οι προτάσεις υποθέτουν ότι δεν υπάρχει σκοτεινή ύλη και οι εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες με τις οποίες τα αστέρια και οι γαλαξίες φαίνονται να περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο είναι συνέπεια της βαρύτητας που συμπεριφέρεται με εκπληκτικούς τρόπους. «Η σκοτεινή ύλη εξακολουθεί να είναι ένα ανεπιβεβαίωτο μοντέλο», έγραψε ο φυσικός Don Lincoln σε μια εξήγηση για το Live Science. Ωστόσο, οι επικριτές δεν έχουν ακόμη πείσει το ευρύτερο πεδίο για τις ιδέες τους. Και τα τελευταία στοιχεία; Υποδηλώνει επίσης ότι η σκοτεινή ύλη είναι πραγματική....
/www.livescience.com
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου