Στην καρδιά του Γαλαξία μας υπάρχει μια αινιγματική, διάχυτη λάμψη από ακτίνες γάμμα, ένα είδος εξαιρετικά ισχυρής ακτινοβολίας που συνήθως εκπέμπεται από αντικείμενα πολύ υψηλής ενέργειας, όπως άστρα που εκρήγνυνται ή περιστρέφονται ταχύτατα.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA εντόπισε αυτή τη λάμψη λίγο μετά την εκτόξευσή του το 2008, και από τότε η προέλευσή της έχει προκαλέσει έντονο προβληματισμό στους αστρονόμους. Ορισμένοι πιστεύουν ότι η πηγή της είναι τα πάλσαρ, δηλαδή ταχύτατα περιστρεφόμενα άστρα νετρονίων που αποτελούν τα εξαιρετικά πυκνά απομεινάρια εκρήξεων supernova. Άλλοι, όμως, θεωρούν ότι το φως μπορεί να προέρχεται από αναιρέσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης (dark matter), της αόρατης και μυστηριώδους μορφής ύλης που εκτιμάται ότι είναι πέντε φορές πιο άφθονη από την κανονική.
Και οι δύο θεωρίες έχουν υποστηριχθεί από πληθώρα μελετών, αλλά η υπόθεση της σκοτεινής ύλης παρουσίαζε ένα σοβαρό πρόβλημα: το φως των ακτίνων γάμμα φαίνεται να ακολουθεί το σχήμα του γαλαξιακού εξογκώματος, μιας πυκνής περιοχής στο κέντρο του Γαλαξία γεμάτης παλαιά άστρα, ανάμεσά τους και πάλσαρ. Αυτό έδειχνε να ευνοεί τη θεωρία των πάλσαρ, καθώς αν η πηγή ήταν η σκοτεινή ύλη, το φως θα σχημάτιζε μια πιο σφαιρική κατανομή. Ωστόσο, οι αστρονόμοι δεν έχουν καταφέρει να εντοπίσουν επαρκή αριθμό πάλσαρ που να δικαιολογούν την ένταση του φαινομένου.
Τώρα, νέες προσομοιώσεις με υπερυπολογιστές δείχνουν για πρώτη φορά ότι και η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να δημιουργήσει τη χαρακτηριστική αυτή λάμψη, προσθέτοντας βάρος στη θεωρία που τη συνδέει με το μυστηριώδες φως στο κέντρο του Γαλαξία.
«Έχουμε δύο θεωρίες», λέει ο Τζόζεφ Σιλκ, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters. «Η μία προτείνει τη σκοτεινή ύλη, η άλλη τα παλαιά άστρα. Αυτή τη στιγμή, κατά τη γνώμη μου, οι πιθανότητες είναι περίπου μισές-μισές».
Η αναζήτηση της σκοτεινής ύλης
Αν αποδειχθεί ότι η λάμψη προέρχεται πράγματι από σκοτεινή ύλη, θα πρόκειται για ανακάλυψη-ορόσημο στην ιστορία της αστροφυσικής.
Η ύπαρξή της προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του '30 από τον Ελβετό αστρονόμο Φριτς Τσβίκι, ενώ τη δεκαετία του '70 οι Αμερικανοί Βέρα Ρούμπιν και Κεντ Φορντ επιβεβαίωσαν έμμεσα την παρουσία της. Οι παρατηρήσεις τους έδειξαν ότι τα άστρα στα άκρα των σπειροειδών γαλαξιών κινούνταν με ταχύτητες που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο από τη βαρύτητα της ορατής ύλης. Κάτι αόρατο — μια τεράστια, αθέατη μάζα — τα συγκρατούσε στη θέση τους.
Παρά τις δεκαετίες ερευνών, η σκοτεινή ύλη δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ άμεσα, γεγονός που δικαιολογεί και το όνομά της.
«Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η φύση της σκοτεινής ύλης είναι ένα από τα μεγάλα άλυτα προβλήματα της φυσικής», εξηγεί ο Σιλκ. «Είναι παντού, κοντά μας, μακριά μας, αλλά ωστόσο δεν ξέρουμε τι είναι».
Το «κυνήγι» των WIMPs
Υπάρχουν πολλές υποθέσεις για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη, από υπολείμματα αρχέγονων μαύρων τρυπών μέχρι εντελώς νέα είδη σωματιδίων. Οι περισσότερες προσπάθειες ανίχνευσής της επικεντρώνονται στη δεύτερη εκδοχή, και συγκεκριμένα στα λεγόμενα WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) — «Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Μαζικά Σωματίδια».
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι όταν δύο WIMPs συναντώνται, αναιρούνται μεταξύ τους, παράγοντας ακτίνες γάμμα· αυτό τα καθιστά πιθανή πηγή της λάμψης στο κέντρο του Γαλαξία.
Η μελέτη του Σιλκ βασίστηκε σε προσομοιώσεις με υπερυπολογιστές, που χαρτογράφησαν την κατανομή της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία, λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο σχηματισμού του.
«Το πρόβλημα ήταν ότι όλα τα μοντέλα των τελευταίων 20 ετών παρουσίαζαν τη σκοτεινή ύλη σαν μια τέλεια σφαίρα, χωρίς μορφή ή παραμόρφωση, γιατί ήταν η πιο απλή υπόθεση», εξηγεί ο Σιλκ. «Η δική μας προσομοίωση, για πρώτη φορά, έδειξε ότι το κεντρικό τμήμα της σκοτεινής ύλης είναι συμπιεσμένο, πιο ελλειπτικό, σχεδόν σαν αυγό. Και αυτό ταιριάζει εντυπωσιακά με τα δεδομένα του τηλεσκοπίου Fermi».
Η επιβεβαίωση ότι η λάμψη πράγματι προέρχεται από συγκρούσεις σκοτεινής ύλης ίσως να μην αργήσει. Ένα νέο τηλεσκόπιο, το Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), βρίσκεται υπό κατασκευή στη Χιλή και στην Ισπανία, και αναμένεται να αρχίσει να συλλέγει δεδομένα το 2027. Σύμφωνα με τον Σιλκ, το CTAO θα ανιχνεύει ακτίνες γάμμα με πολύ υψηλότερη ανάλυση από το τηλεσκόπιο Fermi, καθιστώντας εφικτό να διαπιστωθεί αν το φως στο κέντρο του Γαλαξία προέρχεται από συγκρούσεις σκοτεινής ύλης.
Μια τέτοια ανακάλυψη θα αποτελούσε κοσμοϊστορικό ορόσημο, διότι όχι μόνο θα αποκάλυπτε τη φύση της σκοτεινής ύλης, αλλά θα αποδείκνυε ότι, τουλάχιστον εν μέρει, αυτή αποτελείται από τα υποθετικά σωματίδια WIMPs. Αν όμως το CTAO δεν εντοπίσει κάποια συσχέτιση, οι επιστήμονες θα επιστρέψουν στο σημείο μηδέν, με όλα τα ενδεχόμενα και πάλι ανοιχτά.
Η διαρκής αναζήτηση
Η μελέτη δεν προσφέρει οριστικές αποδείξεις υπέρ της σκοτεινής ύλης, αλλά ξανανοίγει το ενδεχόμενο αυτή να ευθύνεται για τη λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία, σημειώνει η φυσικός Τρέισι Σλέιερ από το MIT. «Η υπόθεση της σκοτεινής ύλης παρέμενε εύλογη και πριν από τη μελέτη αυτή», λέει, «αλλά τώρα έχουμε ένα επιπλέον στοιχείο που ενισχύει τη συζήτηση».
Ο φυσικός Τσάμκαουρ Γκαγκ από το University College London συμφωνεί: «Τα WIMPs παραμένουν η πιο κομψή λύση στο αίνιγμα της σκοτεινής ύλης», σχολιάζει, επισημαίνοντας ότι περισσότερα πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη ανά τον κόσμο.
Ο αστροφυσικός Νίκο Καπελούτι από το Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι προσθέτει ότι «το τηλεσκόπιο Fermi άλλαξε τα πάντα για τη NASA» και πως η νέα μελέτη δείχνει ότι «η σκοτεινή ύλη παραμένει ισχυρός υποψήφιος για την εξήγηση της παράξενης λάμψης».
«Το μυστήριο είναι ζωντανό», λέει. «Και είναι το είδος του μυστηρίου που κρατά επιστήμονες σαν εμένα ξύπνιους τη νύχτα».
«Το Fermi μάς δίνει λόγους να συνεχίσουμε να πιστεύουμε», προσθέτει. «Αυτό το άρθρο μάς θυμίζει να μην διαγράψουμε ακόμα τα WIMPs, ίσως να είναι εκείνα που φωτίζουν το κέντρο του Γαλαξία. Κι αν ισχύει αυτό, τότε είμαστε πιο κοντά από ποτέ στο να αποκαλύψουμε ένα θεμελιώδες μυστικό του σύμπαντος».
Με πληροφορίες από CNN
