Εδώ και δεκαετίες, η σκοτεινή ύλη που πιστεύεται ότι αποτελεί περισσότερο από το ένα τέταρτο του Σύμπαντος, παραμένει αόρατη, καθώς δεν μπορεί να ανιχνευθεί από τα τηλεσκόπια. Τώρα, ερευνητές στις ΗΠΑ υποστηρίζουν πως εντόπισαν το πρώτο ίχνος της- μια διάχυτη λάμψη ακτίνων γάμμα κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας.
Όλα όσα βλέπουμε στο σύμπαν αποτελούνται από κανονική ύλη — από τα αστέρια και τους πλανήτες έως τους ανθρώπους και τα καπάκια τροχών ή τα τάκος. Η κανονική ύλη είναι ορατή σε μήκη κύματος από το υπέρυθρο έως το ορατό φως και τις ακτίνες γάμμα, αλλά αποτελεί μόλις περίπου το 5% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη, που δεν απορροφά, δεν αντανακλά και δεν εκπέμπει φως, φαίνεται να αποτελεί περίπου το 27% του σύμπαντος, ενώ ένα άλλο μυστηριώδες συστατικό, η σκοτεινή ενέργεια, αντιστοιχεί στο υπόλοιπο περίπου 68%.
Οι επιστήμονες είναι βέβαιοι για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης εξαιτίας της βαρυτικής της επίδρασης σε μεγάλη κλίμακα στο Σύμπαν. Λόγω της φύσης της, όμως, η απόδειξή της είναι δύσκολη. Ωστόσο, η μελέτη μιας διάχυτης λάμψης ακτίνων γάμμα που παρατήρησε και χαρτογράφησε το τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray Space σε μια εκτεταμένη περιοχή κοντά στον πυρήνα του Γαλαξία, δίνει ελπίδες για μια πολυαναμενόμενη επιβεβαίωση.
Η ερευνητική ομάδα προτείνει δύο θεωρίες για την ύπαρξη αυτών των εκπομπών ακτίνων γάμμα. Σύμφωνα με την πρώτη, οι εκπομπές προκαλούνται από συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης που συγκεντρώνονται σε αυτή την γαλαξιακή περιοχή. Η άλλη εξήγηση υποστηρίζει ότι οι εκπομπές αυτές προκαλούνται από μια κατηγορία αστέρων νετρονίων που δημιουργούνται όταν καταρρέουν αστέρες μεγάλης μάζας. Αυτοι οι αστέρες ονομάζονται χιλιοστά του δευτερολέπτου πάλσαρ (millisecond pulsars) και εκπέμπουν φως σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα καθώς περιστρέφονται εκατοντάδες φορές ανά δευτερόλεπτο.
Μια νέα, εκτενής ανάλυση με προηγμένες προσομοιώσεις αξιολόγησε τις δύο υποθέσεις, κρίνοντάς τες εξίσου πιθανές. Η προσομοίωση έδειξε ότι οι ακτίνες γάμμα που παράγονται από συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης πιθανόν θα παρήγαγαν το ίδιο σήμα ακτίνων γάμμα με αυτό που παρατήρησε το τηλεσκόπιο Fermi.
«Η κατανόηση της φύσης της σκοτεινής ύλης, που διαπερνά τον γαλαξία μας και ολόκληρο το σύμπαν, είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της φυσικής», δήλωσε ο Τζόζεφ Σιλκ, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και το Ινστιτούτο Αστροφυσικής Παρισιού/Σορβόννη,και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters.
«Το κύριο νέο μας αποτέλεσμα είναι ότι η σκοτεινή ύλη ταιριάζει στα δεδομένα ακτίνων γάμμα τουλάχιστον το ίδιο καλά με την άλλη υπόθεση των αστέρων νετρονίων. Έχουμε αυξήσει τις πιθανότητες ότι ανιχνεύσαμε έμμεσα», πρόσθεσε ο Σιλκ.
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι το ισχυρότερο επίγειο τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα στον κόσμο — το Cherenkov Telescope Array Observatory, που κατασκευάζεται αυτήν τη στιγμή στη Χιλή και ενδέχεται να τεθεί σε λειτουργία το 2026— ίσως μπορέσει να δώσει μια οριστική απάντηση διαφοροποιώντας τις εκπομπές ακτίνων γάμμα από αυτές τις δύο πηγές.
«Δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ούτε εμποδίζει το φως, μπορούμε να την ανιχνεύσουμε μόνο μέσω των βαρυτικών της επιδράσεων στην ορατή ύλη. Παρά τις δεκαετίες αναζητήσεων, κανένα πείραμα δεν έχει εντοπίσει απευθείας σωματίδια σκοτεινής ύλης», δήλωσε ο αστροφυσικός και κύριος συγγραφέας της μελέτης, Μούριτς Μίχκελ Μούρου, από το Πανεπιστήμιο του Τάρτου και το Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam.
Η λάμψη ακτίνων γάμμα παρατηρήθηκε σε μια περιοχή που εκτείνεται σε περίπου 7.000 έτη φωτός γύρω από τον πυρήνα του γαλαξία μας. Ένα έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο, δηλαδή 9,5 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Η συγκεκριμένη περιοχή βρίσκεται περίπου 26.000 έτη φωτός από τη Γη.
Οι ακτίνες γάμμα έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος και την υψηλότερη ενέργεια από όλα τα κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Γιατί μπορεί να αποτελούν ένδειξη σκοτεινής ύλης; Υποτίθεται ότι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης εξαφανίζονται πλήρως όταν συγκρούονται, με αυτές τις συγκρούσεις να παράγουν ακτίνες γάμμα ως παραπροϊόν. Πιστεύεται ότι ο Γαλαξίας μας σχηματίστηκε από την κατάρρευση μιας τεράστιας νεφώδους μάζας σκοτεινής και κανονικής ύλης υπό τη δύναμη της βαρύτητας.
«Η κανονική ύλη ψύχθηκε και έπεσε προς τις κεντρικές περιοχές, παρασύροντας μαζί και σκοτεινή ύλη», εξήγησε ο Σιλκ. «Μοναδικό χαρακτηριστικό της απλούστερης υπόθεσης για τη σκοτεινή ύλη είναι το γεγονός ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θεωρείται ότι είναι τα ίδια τα αντισωματίδιά τους και εξαφανίζονται εντελώς όταν συγκρούονται. Μόνο τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια κάνουν κάτι παρόμοιο για να παράγουν ενεργειακές ακτίνες γάμμα, και τα αντιπρωτόνια είναι εξαιρετικά σπάνια» πρόσθεσε.
Ωστόσο, η λάμψη θα μπορούσε επίσης να προκληθεί από τη συλλογική εκπομπή χιλιάδων μέχρι τώρα μη παρατηρηθέντων millisecond pulsars. Ο δορυφόρος Fermi επιβεβαίωσε ότι τα αντικείμενα αυτά είναι πηγές ακτινοβολίας γάμμα, γεγονός που θα μπορούσε να εξηγήσει τη λάμψη στην περιοχή αυτή.
