Η απουσία ενός σήματος θα μπορούσε από μόνη της να είναι ένα σήμα. Αυτή είναι η ιδέα πίσω από μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, η οποία στοχεύει να επαναπροσδιορίσει τον τρόπο με τον οποίο αναζητούμε τη σκοτεινή ύλη, δείχνοντας ότι μπορεί να μην είναι απαραίτητο να βρίσκουμε τα ίδια "ενδείξεις" παντού για να την ερμηνεύσουμε.
Η περίσσεια ακτίνων γάμμα στο γαλαξιακό κέντρο
Συγκεκριμένα, η μελέτη υποδηλώνει ότι ακόμη και αν παρατηρήσουμε ένα συγκεκριμένο είδος σήματος στο κέντρο του γαλαξία μας - μια περίσσεια ακτινοβολίας γάμμα που θα μπορούσε να προκύψει από την εξαΰλωση των σωματιδίων σκοτεινής ύλης - η αποτυχία ανίχνευσης του ίδιου σήματος σε άλλα συστήματα, όπως οι νάνοι γαλαξίες, δεν αρκεί για να αποκλείσει αυτή την εξήγηση.
Η σκοτεινή ύλη, στην πραγματικότητα, μπορεί να μην αποτελείται από ένα μόνο σωματίδιο, αλλά από πολλά ελαφρώς διαφορετικά συστατικά, των οποίων η συμπεριφορά ποικίλλει ανάλογα με το κοσμικό περιβάλλον.
Σκοτεινή ύλη
Γνωρίζουμε ότι υπάρχει και είναι άφθονη, αλλά δεν την έχουμε παρατηρήσει ποτέ άμεσα και επομένως ακόμα δεν γνωρίζουμε τι είναι. Για δεκαετίες, αποτελεί κύριο επίκεντρο των κοσμολόγων και των αστροφυσικών που προσπαθούν να κατανοήσουν τη φύση της. Η παρουσία του συμπεραίνεται κυρίως από τις βαρυτικές επιδράσεις που ασκεί στην ορατή ύλη, αλλά μέχρι στιγμής, καμία από τις προτεινόμενες υποθέσεις δεν έχει λάβει οριστική επιβεβαίωση από δεδομένα. Η αναζήτηση, επομένως, συνεχίζεται.
Πολλά κορυφαία μοντέλα σκοτεινής ύλης την περιγράφουν ως φτιαγμένη από σωματίδια. Σε ορισμένα από αυτά τα σενάρια, όταν δύο σωματίδια συναντώνται, μπορούν να εξαϋλωθούν, παράγοντας ακτινοβολία υψηλής ενέργειας όπως οι ακτίνες γάμμα, τις οποίες οι αστρονόμοι προσπαθούν να ανιχνεύσουν.
«Αυτή τη στιγμή φαίνεται να υπάρχει μια περίσσεια φωτονίων που προέρχονται από μια περίπου σφαιρική περιοχή που περιβάλλει τον δίσκο του Γαλαξία», εξηγεί ο Gordan Krnjaic, θεωρητικός φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών Fermi (Fermilab) στις Ηνωμένες Πολιτείες και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Αυτή η περίσσεια φωτονίων ακτίνων γάμμα που παρατηρήθηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi θα μπορούσε να οφείλεται στην εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, υπάρχουν και εναλλακτικές εξηγήσεις, στις οποίες η εκπομπή ακτίνων γάμμα θα μπορούσε να παραχθεί από αστροφυσικές πηγές όπως ένας πληθυσμός πάλσαρ.
Για να επιλυθεί αυτό το ερώτημα, είναι απαραίτητο να αναζητήσουμε αλλού. «Εάν ορισμένες θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη είναι αληθείς, θα πρέπει να τη βλέπουμε σε κάθε γαλαξία, για παράδειγμα σε κάθε νάνο γαλαξία», εξηγεί ο Krnjaic.
Νάνοι γαλαξίες
Οι νάνοι γαλαξίες είναι πολύ μικρά και αμυδρά συστήματα, αλλά εξαιρετικά πλούσια σε σκοτεινή ύλη. Έχουν πολύ λίγο αστροφυσικό υπόβαθρο - λιγότερα αστέρια και λιγότερη συνηθισμένη ακτινοβολία - και επομένως αντιπροσωπεύουν ιδανικά περιβάλλοντα για την αναζήτηση «καθαρών» σημάτων.
Οι τυπικές θεωρίες που περιγράφουν τη σκοτεινή ύλη ως φτιαγμένη από σωματίδια προβλέπουν γενικά δύο πιθανότητες για το πώς εξαϋλώνονται αυτά τα σωματίδια. Στην απλούστερη περίπτωση, η πιθανότητα εξαΰλωσης είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων: σε αυτό το σενάριο, εάν παρατηρήσουμε ένα σήμα στο κέντρο του γαλαξία μας, θα πρέπει επίσης να περιμένουμε να το δούμε σε άλλα συστήματα πλούσια σε σκοτεινή ύλη, όπως οι νάνοι γαλαξίες.
Στη δεύτερη περίπτωση, η πιθανότητα εξαΰλωσης εξαρτάται από την ταχύτητα των σωματιδίων. Δεδομένου ότι τα σωματίδια σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες κινούνται με πολύ χαμηλές ταχύτητες, αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης καθιστά την εξαΰλωση εξαιρετικά σπάνια και επομένως το σήμα είναι ουσιαστικά αόρατο παντού. Σε αυτό το πλαίσιο, η απουσία σήματος σε νάνους γαλαξίες θα δυσκόλευε την ερμηνεία της περίσσειας ακτινοβολίας γάμμα που παρατηρείται στο κέντρο του γαλαξία μας ως οφειλόμενη στη σκοτεινή ύλη.
Δύο διαφορετικά σωματίδια
"Αυτό που προσπαθούμε να επισημάνουμε σε αυτή την εργασία είναι ότι θα μπορούσατε να έχετε ένα διαφορετικό είδος περιβαλλοντικής εξάρτησης, ακόμη και αν η πιθανότητα εξαΰλωσης είναι σταθερή στο κέντρο του γαλαξία", εξηγεί ο Krnjaic. "Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε ευθέως να είναι δύο διαφορετικά σωματίδια και τα δύο διαφορετικά σωματίδια πρέπει να βρουν το ένα το άλλο για να εξαΰλωση."
Η πιθανότητα τα δύο συστατικά της σκοτεινής ύλης να συναντηθούν και να εξαϋλωθούν θα εξαρτηθεί επίσης από την αναλογία μεταξύ αυτών των δύο σωματιδίων μέσα σε κάθε αστροφυσικό σύστημα. Αυτή η αναλογία θα μπορούσε να είναι διαφορετική σε γαλαξίες όπως ο δικός μας - όπου οι δύο τύποι σωματιδίων μπορεί να υπάρχουν σε παρόμοιες αναλογίες - και σε νάνους γαλαξίες, όπου θα μπορούσε αντίθετα να είναι έντονα ανισορροπημένη.
"Με αυτόν τον τρόπο, λαμβάνετε πολύ διαφορετικές προβλέψεις για την εκπομπή", εξηγεί ο Krnjaic.
Το μοντέλο που προτείνεται από τον Krnjaic και τους συναδέλφους του αντιπροσωπεύει επομένως μια πιο ευέλικτη εναλλακτική λύση στο απλούστερο τυπικό σενάριο, καθώς επιτρέπει τη δυνατότητα εξήγησης της αίσθησης του σήματος ακτίνων γάμμα σε νάνους γαλαξίες χωρίς να αποκλείεται η προέλευση του σήματος που παρατηρείται στον Γαλαξία μας από σκοτεινή ύλη.
Τι έρχεται στο μέλλον
Στο μέλλον, το Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi μπορεί να παρέχει πιο ακριβή δεδομένα για τους νάνους γαλαξίες - προς το παρόν ακόμη περιορισμένα - βοηθώντας να διευκρινιστεί εάν αυτά τα συστήματα εκπέμπουν ακτινοβολία γάμμα ή όχι. Κατ' αρχήν, η παρατήρηση ενός σήματος θα ήταν συμβατή με μια παρόμοια κατανομή των δύο συστατικών και σε νάνους γαλαξίες, ενώ η απουσία του θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι ένα από τα δύο είναι λιγότερο άφθονο.
www.worldenergynews.gr
