Κοιτάζοντας στο σκοτάδι.
Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης μη φωτεινή ουσία που αποτελεί τη συντριπτική πλειοψηφία της ύλης στο σύμπαν. Αν και οι ειδικοί έχουν παρατηρήσει τις βαρυτικές επιπτώσεις της σκοτεινής ύλης για δεκαετίες, οι επιστήμονες παραμένουν μπερδεμένοι ως προς την πραγματική τους φύση.
Ποιος ανακάλυψε τη σκοτεινή ύλη;
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι αστρονόμοι άρχισαν να εικάζουν για αόρατο υλικό - είτε αμυδρό αστέρια είτε αέριο και σκόνη, διάσπαρτα σε όλο το σύμπαν. Οι ερευνητές είχαν αρχίσει ακόμη να εκτιμούν τη μάζα του, σύμφωνα με μια ανασκόπηση του 2018 στο περιοδικό Reviews of Modern Physics . Οι περισσότεροι πίστευαν ότι αυτή η μυστηριώδης ουσία ήταν ένα μικρό συστατικό της συνολικής μάζας στον Κόσμο.
Μόνο το 1933 ο Ελβετός-Αμερικανός αστρονόμος Fritz Zwicky παρατήρησε ότι οι μακρινοί γαλαξίες περιστρέφονταν ο ένας τον άλλον πολύ πιο γρήγορα από ό, τι ήταν δυνατόν, δεδομένου ότι η ορατή ύλη τους φαίνεται στα τηλεσκόπια. "Εάν αυτό επιβεβαιωθεί, θα έχουμε το εκπληκτικό αποτέλεσμα ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει σε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα από τη φωτεινή ύλη", έγραψε σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Helvetica Physica Acta εκείνο το έτος.
Αλλά πολλοί στο πεδίο παρέμειναν δύσπιστοι για τα αποτελέσματα του Zwicky μέχρι τη δεκαετία του 1970, όταν οι αστρονόμοι Kent Ford και Vera Rubin έκαναν λεπτομερείς μελέτες για αστέρια στις εξωτερικές περιοχές του γειτονικού γαλαξία της Ανδρομέδας . Αυτά τα αστέρια περιστρέφονταν πολύ γρήγορα στον γαλαξιακό πυρήνα, σχεδόν σαν κάποιο αόρατο υλικό να τα τραβάει βαρυτικά και να τα ωθεί - μια παρατήρηση που οι επιστήμονες παρατήρησαν σύντομα στους γαλαξίες σε όλο το σύμπαν.
Οι ερευνητές δεν είχαν ιδέα τι αποτελούσε αυτή η αόρατη μάζα, με ορισμένους αστρονόμους να εικάζουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από μικρές μαύρες τρύπες ή άλλα συμπαγή αντικείμενα που έδωσαν πολύ λίγο φως για να εμφανιστούν στα τηλεσκόπια. Τα αποτελέσματα έγιναν ακόμη πιο παράξενα στη δεκαετία του 1990, όταν ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που ονομάζεται Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) έδειξε ότι αυτή η σκοτεινή ύλη ξεπέρασε τη συνηθισμένη ορατή ύλη κατά πέντε προς ένα, σύμφωνα με τη NASA .
Γιατί η σκοτεινή ύλη παραμένει μυστήριο
Οι έρευνες τηλεσκοπίου δεν μπόρεσαν ποτέ να βρουν αρκετά μικρά συμπαγή αντικείμενα για να εξηγήσουν αυτήν την τεράστια αφθονία υλικού. Οι περισσότεροι σύγχρονοι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται πιθανώς από υποατομικά σωματίδια με ιδιότητες που είναι μάλλον διαφορετικές από τα πιο γνωστά πρωτόνια και νετρόνια.
Ο κυρίαρχος υποψήφιος για σκοτεινή ύλη ονομάζεται Weakly Interacting Massive Particle ή WIMP. Αυτές οι κερδοσκοπικές οντότητες δεν βρίσκονται στο πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, το οποίο περιγράφει σχεδόν όλα τα σωματίδια και τις δυνάμεις. Τα WIMPs θα μοιάζουν περισσότερο με το φάντασμα νετρίνο, εκτός από το ότι θα ζυγίζει 10 έως 100 φορές περισσότερο από ένα πρωτόνιο. (Οι ακριβείς μάζες των νετρίνων είναι άγνωστες αλλά είναι πολύ ελαφρύτερες από τα ηλεκτρόνια).
Όπως τα νετρίνα, τα WIMPs αλληλεπιδρούν μόνο με δύο από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος: τη βαρύτητα και την πυρηνική αδύναμη δύναμη , η οποία μεσολαβεί στην αποσύνθεση των ραδιενεργών ατομικών πυρήνων. Αυτά τα σωματίδια σκοτεινής ύλης θα ήταν ηλεκτρικά ουδέτερα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αλληλεπιδρούν με τον ηλεκτρομαγνητισμό, τη βάση του φωτός, και επομένως θα παραμείνουν αόρατα.
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει τεράστιους ανιχνευτές και τους έχουν τοποθετήσει βαθιά υπόγεια για να τους προστατεύσουν από την παρεμβολή κοσμικών ακτίνων σε προσπάθειες ανίχνευσης WIMPs, αλλά μέχρι στιγμής κανένα πείραμα δεν έχει αποκαλύψει στοιχεία για αυτούς. Τα τελευταία χρόνια, αυτή η αποτυχία οδήγησε ορισμένους στον τομέα να αρχίσουν να αναρωτιούνται αν έχουν προχωρήσει σε ένα κυνήγι άγριων σωματιδίων χωρίς πραγματικό τέλος.
Ορισμένοι επιστήμονες, επομένως, στρέφουν την προσοχή τους σε έναν νέο υποψήφιο σκοτεινής ύλης που ονομάζεται άξονα, ο οποίος θα ήταν το ένα εκατοστό ή ακόμη και το ένα δισεκατομμύριο της μάζας ενός ηλεκτρονίου, ανέφερε τα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών . Αυτά τα υποθετικά σωματίδια είναι ιδιαίτερα ελκυστικά για τους ερευνητές επειδή θα μπορούσαν επίσης να λύσουν ένα άλλο εκκρεμές πρόβλημα στη φυσική, πιθανώς αλληλεπιδρώντας με νετρόνια για να εξηγήσουν γιατί μπορούν να αισθάνονται μαγνητικά πεδία αλλά όχι ηλεκτρικά.
Τον Ιούνιο του 2020, μέλη του πειράματος XENON1T που βασίστηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso της Ιταλίας, ένας ανιχνευτής που κατασκευάστηκε αρχικά για να προσπαθήσει να συλλάβει WIMPs, ανακοίνωσε ότι βρήκε ένα μικρό αλλά απροσδόκητο σήμα που θα μπορούσε να εξηγηθεί από την παρουσία αξόνων. Τα αποτελέσματα συγκλόνισαν την επιστημονική κοινότητα, αλλά δεν έχουν ακόμη επιβεβαιωθεί από άλλα πειράματα.
Η σκοτεινή ύλη είναι ακόμη πραγματική;
Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές εξακολουθούν να ξύνουν το μυαλό τους πάνω από τη σκοτεινή ύλη. Μερικοί θεωρητικοί αναρωτήθηκαν αν υπάρχει ένας ολόκληρος σκοτεινός τομέας του σύμπαντος, με πολλαπλά σωματίδια και ακόμη και σκοτεινές δυνάμεις που επηρεάζουν μόνο τη σκοτεινή ύλη, παρόμοια με την υποατομική πολυπλοκότητα που παρατηρείται στον ορατό κόσμο.
Ταυτόχρονα, μια μειοψηφία επιστημόνων πιστεύει ότι η σκοτεινή ύλη είναι αντικατοπτρισμός. Προσυπογράφουν μια ιδέα γνωστή ως τροποποιημένη έκδοση αδράνειας ή MOND, η οποία υποθέτει ότι σε μεγάλες κλίμακες, η βαρύτητα δρα διαφορετικά από το αναμενόμενο και αυτό εξηγεί τις παρατηρούμενες περιστροφές των αστεριών και των γαλαξιών. Όμως, οι περισσότεροι ειδικοί δεν είναι πεπεισμένοι για την ανάγκη μιας τέτοιας ριζοσπαστικής απόκλισης από τη γνωστή φυσική, η οποία θα απαιτούσε επίσης τροποποιήσεις στην κατανόηση των μεγάλων τμημάτων της πραγματικότητας.
Η σκοτεινή ύλη δεν συνδέεται με τη σκοτεινή ενέργεια από κανέναν , ένα άλλο μυστηριώδες φαινόμενο υπεύθυνο για την επιτάχυνση της επέκτασης του κόσμου. Οι δύο απλώς μοιράζονται τη λέξη «σκοτάδι», η οποία χρησιμοποιείται συχνά ως σύμβολο κράτησης θέσης από επιστήμονες για πράγματα που δεν κατανοούν πλήρως.
livescience.com
