Παρασκευή, 16 Φεβρουαρίου 2018

Μια νέα θεωρία της σκοτεινής ύλης βασίζεται στην ανίχνευση της ασυνήθιστης ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τους γαλαξίες



Οι ερευνητές έχουν παρουσιάσει μια νέα θεωρία της σκοτεινής ύλης, η οποία υποδηλώνει ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορεί να είναι πολύ διαφορετικά από αυτά που νομίζουμε. Συγκεκριμένα, η θεωρία τους περιλαμβάνει σωματίδια σκοτεινής ύλης τα οποία είναι εξαιρετικά ελαφρά – σχεδόν εκατό φορές ελαφρύτερα από τα ηλεκτρόνια, σε έντονη αντίθεση με πολλά συμβατικά μοντέλα που περιλαμβάνουν πολύ βαριά σωματίδια σκοτεινής ύλης.



Αυτή είναι μια εικόνα ακτίνων Χ του σμήνους γαλαξιών του Περσέα, περίπου 240 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ που εκπέμπεται από τους γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών εξακολουθεί να δημιουργεί πολλά αινίγματα στους αστροφυσικούς. Ειδικότερα, μπορεί να δίνει ενδείξεις για τη φύση της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης


Η σκοτεινή ύλη είναι όλο και πιο αινιγματική. Σε όλο τον κόσμο, οι φυσικοί προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να καθορίσουν τη φύση αυτών των σωματιδίων ύλης, τα οποία δεν εκπέμπουν φως και επομένως είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι. Η ύπαρξή τους προτάθηκε στη δεκαετία του 1930 για να εξηγήσει ορισμένες αστρονομικές παρατηρήσεις. Καθώς η ορατή ύλη, όπως αυτή που σχηματίζει τα αστέρια και τη Γη, αποτελεί μόλις το 5% του σύμπαντος, έχει προταθεί ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να αντιπροσωπεύει το 23% όσων υπάρχουν εκεί έξω. Αλλά μέχρι σήμερα και παρά την εντατική έρευνα, έχει αποδειχθεί αδύνατο να προσδιοριστούν πραγματικά τα σωματίδια που εμπλέκονται με τη σκοτεινή ύλη. Οι ερευνητές στο πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Mainz (JGU) έχουν παρουσιάσει τώρα μια νέα θεωρία της σκοτεινής ύλης, η οποία υποδηλώνει ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορεί να είναι πολύ διαφορετικά από αυτά που υποτίθεται κανονικά. Συγκεκριμένα,

Σύμφωνα με την κοινή θεωρία, η σκοτεινή ύλη πρέπει να υπάρχει επειδή διαφορετικά τα αστέρια δεν θα συνεχίσουν να περιστρέφονται γύρω από το κέντρο των γαλαξιών τους όπως στην πραγματικότητα κάνουν. Μεταξύ των ιδιαίτερα ευνοούμενων υποψηφίων για τη σκοτεινή ύλη είναι τα λεγόμενα Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα ή WIMPs. Οι ερευνητές τα αναζητούν στο ιταλικό υπόγειο εργαστήριο του Gran Sasso, για παράδειγμα. Αλλά οι πρόσφατες επιστημονικές δημοσιεύσεις στον τομέα της φυσικής αστροσωματιδίων θεωρούν όλο και περισσότερο ότι τα WIMP είναι απίθανο να έχουν βιώσιμες προοπτικές όταν πρόκειται για τη σκοτεινή ύλη. «Και εμείς, επί του παρόντος, είμαστε προς την αναζήτηση πιθανών εναλλακτικών λύσεων», δήλωσε ο καθηγητής Joachim Kopp του Πανεπιστημίου του Μάιντς.

Ο φυσικός αυτός κοίταξε καλύτερα στα αποτελέσματα των παρατηρήσεων που ανέλαβαν αρκετές ανεξάρτητες ομάδες το 2014. Οι ομάδες ανέφεραν την παρουσία μιας απαρατήρητης μέχρι τώρα φασματικής γραμμής, ενέργεια 3,5 keV, σε ακτινοβολία ακτίνων Χ από μακρινούς γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών. Αυτή η ασυνήθιστη ακτινοβολία ακτίνων Χ μπορεί να προσφέρει μια ένδειξη για τη φύση της σκοτεινής ύλης. Έχει επισημανθεί προηγουμένως ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης ενδέχεται να διασπαστούν, εκπέμποντας έτσι ακτίνες Χ. Ωστόσο, η ομάδα του Joachim Kopp στο κέντρο PRISMA του Mainz, βασίζεται σε μια άλλη προσέγγιση.

Μια καινοτόμος ερμηνεία των δεδομένων ακτίνων-Χ από ένα σμήνος γαλαξιών θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να επιτύχουν τον καθορισμό της φύσης της σκοτεινής ύλης

Ακτινοβολία ακτίνων Χ που παράγεται από την εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης

Οι ερευνητές του PRISMA προτείνουν ένα σενάριο στο οποίο δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης συγκρούονται, με αποτέλεσμα την αμοιβαία εξαφάνιση (εξαΰλωση) τους. Το φαινόμενο αυτό είναι ανάλογο με αυτό που συμβαίνει, για παράδειγμα, όταν ένα ηλεκτρόνιο συναντά το αντι-σωματίδιο του, ένα ποζιτρόνιο. «Από παλιά υποτίθεται ότι δεν θα ήταν δυνατόν να παρατηρήσουμε μια τέτοια εξαΰλωση της σκοτεινής ύλης αν ήταν φτιαγμένα από σωματίδια που λάμπουν», εξήγησε ο Kopp. «Τώρα έχουμε υποβάλει το νέο μας μοντέλο σε έλεγχο και το έχουμε συγκρίνει με πειραματικά δεδομένα, και όλα ταιριάζουν μαζί πολύ καλύτερα από ό, τι στην περίπτωση των παλαιότερων μοντέλων.»

Σύμφωνα λοιπόν με το μοντέλο της Kopp, τα σωματίδια σκοτεινής ύλης θα ήταν φερμιόνια με μια μάζα μόνο μερικών keV, που συχνά ονομάζονται άγονα νετρίνα. Μια τέτοια ελαφριά σκοτεινή ύλη θεωρείται συνήθως προβληματική επειδή καθιστά δύσκολο να εξηγήσει πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν οι γαλαξίες. «Μέχρι στιγμής, καταφέραμε να αντιμετωπίσουμε αυτές τις ανησυχίες», εξήγησε η Kopp. «Το μοντέλο μας δίνει μια κομψή διέξοδο.»

Η υπόθεση ότι η εξαφάνιση της σκοτεινής ύλης είναι μια διαδικασία δύο σταδίων είναι κρίσιμης σημασίας στο πλαίσιο αυτό: κατά την αρχική φάση της διαδικασίας σχηματίζεται μια ενδιάμεση κατάσταση, η οποία αργότερα αποσυντίθεται στα παρατηρούμενα φωτόνια ακτίνων Χ. «Τα αποτελέσματα των υπολογισμών μας δείχνουν ότι η προκύπτουσα υπογραφή ακτίνων Χ συσχετίζεται στενά με τις παρατηρήσεις και έτσι προσφέρει μια νέα εξήγηση για αυτά»

Ταυτόχρονα, το νέο μοντέλο είναι τόσο γενικό ώστε θα προσφέρει ένα ενδιαφέρον σημείο εκκίνησης για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης, ακόμη και αν αποδειχθεί ότι η φασματική γραμμή που ανακαλύφθηκε το 2014 έχει διαφορετική προέλευση. Οι θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί του πανεπιστημίου JGU εργάζονται επί του παρόντος στην προτεινόμενη αποστολή της ESA, e-ASTROGRAM, η οποία στοχεύει στην ανάλυση της αστροφυσικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ με μια πολύ μεγάλη ακρίβεια.

Πηγή

Αντιδράσεις:

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου