Η σκοτεινή ύλη μπορεί να παγιδευτεί στις μαύρες τρύπες;

Στις 11 Φεβρουαρίου 2016 οι φυσικοί που δούλευαν στο Παρατηρητήριο LIGO ανακοίνωσαν την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, μετά από πολλά χρόνια θεωρητικών μελετών και παρατηρήσεων. Μπορέσαμε να δούμε την αδιαμφισβήτητη κυματομορφή των βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκαν από δύο μεγάλες μαύρες οπές οι οποίες συγκρούστηκαν. Και τώρα αυτή η ανακάλυψη έδωσε νέες ιδέες για την παρουσία σκοτεινής ύλης στις μαύρες τρύπες.

Ψάχνοντας την μυστηριώδη πέμπτη ή σκοτεινή δύναμη για να εξηγήσουμε το κρυφό πεδίο του Κόσμου

Οι φυσικοί πρόκειται να ξεκινήσουν μια φιλόδοξη αναζήτηση για μια «σκοτεινή δύναμη» της φύσης η οποία, αν βρεθεί, θα ανοίξει την πόρτα σε μια σφαίρα του σύμπαντος, που κρύβεται επιμελώς κρυμμένη μέχρι τώρα. Το κυνήγι της θα αναζητήσει στοιχεία για μια νέα θεμελιώδη δύναμη που αποτελεί γέφυρα μεταξύ της συνηθισμένης ύλης και του αόρατου «σκοτεινού πεδίου» που λέγεται ότι συνθέτει τη συντριπτική πλειοψηφία του Κόσμου.

Βρήκαμε ακριβώς την ύλη που έλειπε από το σύμπαν και γι αυτό χρειάζεται η σκοτεινή ύλη

Για πάνω από 40 χρόνια, οι επιστήμονες έχουν υποστηρίξει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης εκεί έξω. Τα μεγάλα ερωτήματα που ανάγκασαν τους αστρονόμους να υποθέσουν την ύπαρξη της προέκυψαν από τις κινήσεις μέσα στους γαλαξίες, τα σμήνη των γαλαξιών και κατά μήκος του κοσμικού ιστού. Από την βαρυτική της έλξη, μπορούμε να συμπεράνουμε την εξής συνολική μάζα στο Σύμπαν. Το 26.8% της υλοενέργειας είναι σκοτεινή ύλη, το 68.3% σκοτεινή ενέργεια και μόνο το 4.9% είναι η κανονική ύλη.

Απροσδόκητη απόδειξη της ύπαρξης σκοτεινής ύλης στο σύμπαν

Νέες ενδείξεις για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν μπορεί να βοηθήσουν στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης. Έρευνα που δημοσιεύτηκε από τον αστροφυσικό Rennan Barkana στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ, παρέχει νέες πληροφορίες σχετικά με τα πιθανά χαρακτηριστικά ενός από τα θεμελιώδη αλλά δύσκολα κατανοητά δομικά στοιχεία του σύμπαντος.

Μυστήρια φασματική γραμμή από τον Γαλαξία μας ίσως είναι από διάσπαση σκοτεινής ύλης

Χρησιμοποιώντας ειδικά τηλεσκόπια ακτίνων Χ αστρονόμοι παρατήρησαν ένα απροσδόκητο φάσμα που δεν παράγεται από καμία γνωστή ατομική εκπομπή. «Αυτή η γραμμή εκπομπής ονομάστηκε τώρα η γραμμή των 3,5 keV. Μία ερμηνεία αυτής της γραμμής εκπομπής είναι ότι παράγεται από την αποσύνθεση της σκοτεινής ύλης», λέει ο αστροφυσικός του Πανεπιστημίου του Μαϊάμι Nico Cappelluti.

Ανακαλύφθηκε στο σύμπαν ο πρώτος γαλαξίας χωρίς σκοτεινή ύλη

Ενώ οι γαλαξίες γνωρίζαμε ότι πλέουν μέσα σε μια θάλασσα σκοτεινής ύλης, τώρα για πρώτη φορά οι αστρονόμοι βρήκαν ένα γαλαξία που φαίνεται να μην έχει σχεδόν καθόλου σκοτεινή ύλη, πράγμα που οι ίδιοι χαρακτήρισαν ασυνήθιστο, καθότι τελείως απρόσμενο.. Ο γαλαξίας NGC1052-DF2, σε απόσταση 65 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, έχει περίπου το μέγεθος του δικού μας Γαλαξία, αλλά μόνο το ένα διακοσιοστό των άστρων του, ενώ -αντίθετα με τον δικό μας- δεν διαθέτει μαύρη τρύπα στο κέντρο του.

Νέα θεωρία για τη σύνδεση του Higgs με τη σκοτεινή ύλη

Το μποζόν του Higgs βοηθά ώστε να εξηγηθεί πώς τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους, έτσι φαίνεται ότι μπορεί να προσφέρει το κλειδί και στην κατανόηση της σκοτεινής ύλης, την κυρίαρχη μορφή της ύλης που μαζί με τη σκοτεινή ενέργεια αποτελούν το 95% όλων των στοιχείων του Σύμπαντος. Τα λεγόμενα μοντέλα Higgs-portal (όπου τα Higgs διασπώνται) υποστηρίζουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν με τα φυσιολογικά σωματίδια μέσω της ανταλλαγής ενός μποζονίου Higgs. Αν είναι σωστές, τότε οι ερευνητές θα περίμεναν μια υπογραφή σκοτεινής ύλης στις διασπάσεις Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Μια νέα λοιπόν θεωρητική μελέτη αφαιρεί κάποια από την αβεβαιότητα στα μοντέλα αυτά, βελτιώνοντας τα όρια που έχει θέσει ο LHC στα υποψήφια μοντέλα της σκοτεινής ύλης.

Νέα θεωρία συνδέει μαύρες τρύπες, σκοτεινή ύλη και κύματα βαρύτητας

Τα τελευταία χρόνια ήταν απίστευτα για τις ανακαλύψεις της φυσικής. Οι επιστήμονες εντόπισαν το μποζόνιο Higgs, ένα σωματίδιο που το κυνηγούσαμε για σχεδόν 50 χρόνια και το ανακαλύψαμε το 2012, αλλά και τα κύματα βαρύτητας , τα οποία προβλέφτηκαν από τη θεωρία πριν από 100 χρόνια, και ανιχνεύτηκαν το 2016. Σκέφτηκαν λοιπόν μερικοί θεωρητικοί, γιατί να μην συνδυάσουμε όλες τις πιο τρελές ιδέες φυσικής σε μια θεωρία; Τι θα συμβεί αν, ας πούμε, προσπαθήσουμε να εντοπίσουμε τη σκοτεινή ύλη που εκπέμπεται από μαύρες τρύπες μέσω των κυμάτων της βαρύτητας;

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.

Ο επιταχυντής LHC δεν βλέπει σκοτεινά φωτόνια

Μπορεί η αναζήτηση των σκοτεινών φωτονίων (της σκοτεινής ύλης) στον επιταχυντή LHC να μην ήταν επιτυχημένη, αλλά έθεσε νέους περιορισμούς στην ισχύ της σύζευξης των υποθετικών αυτών σωματιδίων στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Η σκοτεινή ύλη έχει ονομαστεί έτσι πολύ εύστοχα. Δεν εκπέμπει φως και αλληλεπιδρά με την ορατή ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας. Όμως η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι μόνο η κορυφή ενός αόρατου σύμπαντος άγνωστων δυνάμεων. Αυτή η πιθανότητα έχει οδηγήσει σε ένα κυνήγι για την ανακάλυψη των «σκοτεινών” φωτονίων.

Άκαρπες ξανά οι προσπάθειες για την εξεύρεση των σωματιδίων σκοτεινής ύλης

Η σκοτεινή ύλη και τα υποθετικά σωματίδια της δεν φαίνεται να υπάρχουν πουθενά σε κανένα πείραμα για την ανεύρεση τους. Έτσι, τα τελευταία αποτελέσματα του πειράματος ΧΕΝΟΝ1Τ στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσο της Ιταλίας που διαθέτει τον πιο ευαίσθητο ανιχνευτή σκοτεινής ύλης παγκοσμίως, μόλις ανακοινώθηκαν και αποτελούν…μία από τα ίδια, δηλαδή τίποτε. Εξίσου με άδεια χέρια κατέληξαν και οι κινέζοι επιστήμονες του πειράματος PandaX, οι οποίοι παράλληλα έκαναν τη δική τους ανακοίνωση.

Τρεις τρόποι για να ανακαλύψουμε την σκοτεινή ύλη

Ο κόσμος που βλέπουμε είναι ενσωματωμένος σε έναν αόρατο κοσμικό ιστό σκοτεινής ύλης – μια φαινομενική μορφή ύλης που δεν εκπέμπει φως και σπάνια προσκρούει στα ορατά πράγματα. Παρόλο που κανείς δεν έχει παρατηρήσει ποτέ άμεσα τη μυστηριώδη ουσία, οι επιστήμονες έχουν δει κάποια σημεία της ύπαρξής της, επειδή η βαρύτητά τους έλκει την συνηθισμένη ύλη – τα πράγματα από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι. Στην πραγματικότητα, φαίνεται η σκοτεινή ύλη να είναι το ικρίωμα πάνω στο οποίο είναι κατασκευασμένοι οι γαλαξίες. Χωρίς τη σκοτεινή ύλη, η οποία είναι πενταπλάσια από την κανονική βαρυονική ύλη, το σύμπαν θα φαινόταν τελείως διαφορετικό: ούτε εμείς ούτε ο Γαλαξίας μας θα είμαστε εδώ γύρω σήμερα.

Νέα δεδομένα για την σκοτεινή ύλη την καθιστούν ακόμη πιο εξωτική

Τα σμήνη γαλαξιών είναι οι μεγαλύτερες γνωστές δομές στο σύμπαν, που περιέχουν χιλιάδες γαλαξίες και θερμό αέριο. Αλλά το σημαντικότερο είναι ότι περιέχουν τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη, η οποία αναλογεί στο 27% της συνολικής ύλης και ενέργειας. Τα σημερινά μοντέλα σκοτεινής ύλης προβλέπουν ότι τα σμήνη γαλαξιών έχουν πολύ πυκνούς πυρήνες και αυτοί οι πυρήνες περιέχουν έναν γαλαξία πολύ μεγάλης μάζας, ο οποίος ποτέ δεν κινήθηκε από το κέντρο του σμήνους. Μετά, όμως, από τη μελέτη δέκα γαλαξιακών σμηνών, ο David Harvey από το Εργαστήριο Αστροφυσικής της EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) και οι συνάδελφοί του σε Γαλλία και Ηνωμένο Βασίλειο ανακάλυψαν ότι η πυκνότητα είναι πολύ μικρότερη από αυτή που προβλέπονταν και ότι ο γαλαξίας στο κέντρο στην πραγματικότητα κινείται.

Ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη σκοτεινή ύλη

Μια ομάδα φυσικών έχει βρει ότι τα ίδια μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για την ιστορική ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, που προκαλούνται από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, θα μπορούσαν να βοηθήσουν για να ξεκλειδωθούν τα μυστικά της σκοτεινής ύλης, ένα μυστηριώδης και ακόμα απαρατήρητο συστατικό του σύμπαντος.

Η σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά με τον εαυτό της επιστρέφει

Είναι γεγονός πως η σκοτεινή ύλη έχει μάζα και γι αυτό άλλωστε ονομάζεται «ύλη». Ο μόνος γνωστός τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά με την γνωστή ύλη, και τον εαυτό της, είναι η βαρύτητα. Δεν αλληλεπιδρά ηλεκτρομαγνητικά, οπότε δεν μπορούμε να τη δούμε ή να την αγγίξουμε – και γι αυτό αποκαλείται «σκοτεινή».

Έγινε η πιο ακριβής μέτρηση της φευγαλέας σκοτεινής ύλης

Οι μετρήσεις της ποσότητας (26% του σύμπαντος) και της «συσσωματώσεως» ή της κατανομής) της σκοτεινής ύλης, έγιναν με τόση ακρίβεια που, για πρώτη φορά, ανταγωνίζεται εκείνα των συμπερασμάτων από το πρώιμο σύμπαν από το παρατηρητήριο Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Παρέχοντας έτσι υποστήριξη στη θεωρία ότι το αθέατο σωματίδιο αποτελεί την πλειοψηφία του Κόσμου.

Παρουσιάστηκε ο μεγαλύτερος και πιο λεπτομερής «χάρτης» ύλης και ενέργειας του σύμπαντος

Ένα νέο και πιο ακριβή από κάθε προηγούμενο χάρτη της ύλης του σύμπαντος δημιούργησαν οι επιστήμονες. Ο νέος χάρτης επιβεβαιώνει την ορθότητα των έως τώρα βασικών θεωριών της κοσμολογίας για την εξέλιξη του σύμπαντος, δηλαδή του μοντέλου ΛCDM ή Lambda-CDM, όπου Λάμδα είναι η κοσμολογική σταθερά με την οποία επεκτείνεται συνεχώς το σύμπαν και CDM-Cold Dark Matter είναι η κρύα σκοτεινή ύλη.

Ερευνητές απεικονίζουν για πρώτη φορά ιστό σκοτεινής ύλης που συνδέει γαλαξίες

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Waterloo, στον Καναδά, κατάφεραν να αποτυπώσουν την πρώτη σύνθετη εικόνα μιας γέφυρας σκοτεινής ύλης που συνδέει δυο γαλαξίες. Η σύνθετη εικόνα, που συνδυάζει έναν αριθμό μεμονωμένων εικόνων, επιβεβαιώνει τις προβλέψεις ότι οι γαλαξίες στο σύμπαν είναι δεμένοι μαζί μέσω ενός κοσμικού ιστού που συνδέεται με σκοτεινή ύλη που μέχρι τώρα παρέμενε απαρατήρητη. Η εργασία δημοσιεύθηκε στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ερευνητές απεικονίζουν για πρώτη φορά ιστό σκοτεινής ύλης που συνδέει γαλαξίες

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Waterloo, στον Καναδά, κατάφεραν να αποτυπώσουν την πρώτη σύνθετη εικόνα μιας γέφυρας σκοτεινής ύλης που συνδέει δυο γαλαξίες. Η σύνθετη εικόνα, που συνδυάζει έναν αριθμό μεμονωμένων εικόνων, επιβεβαιώνει τις προβλέψεις ότι οι γαλαξίες στο σύμπαν είναι δεμένοι μαζί μέσω ενός κοσμικού ιστού που συνδέεται με σκοτεινή ύλη που μέχρι τώρα παρέμενε απαρατήρητη

Οι πρώτοι γαλαξίες απέφευγαν την σκοτεινή ύλη

Με βάση τους υπολογισμούς των κοσμολόγων, η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 27% περίπου της ενέργειας – ύλης του σύμπαντος, με συνέπεια να είναι πολλαπλάσια από τη συμβατική ύλη, το ποσοστό της οποίας δεν ξεπερνά το 5%. Καθώς η σκοτεινή ύλη δεν έχει ανιχνευθεί μέχρι σήμερα, εκτιμήσεις όπως οι παραπάνω προέρχονται από τη βαρυτική αλληλεπίδραση που ασκεί αυτή σε κοσμικές δομές όπως οι γαλαξίες. Εξάλλου, οι παρατηρούμενες ανωμαλίες στην κίνηση των σπειροειδών γαλαξιών, όπου τα εξωτερικά τους τμήματα περιστρέφονται πιο γρήγορα απ’ ό,τι αν υπήρχε μόνο η συμβατική ύλη, ήταν η αιτία για την υπόθεση ύπαρξης αυτής της «εξωτικής» μορφής ύλης, ήδη από τη δεκαετία του 1930.