Εικόνες που δημιουργήθηκαν από το επερχόμενο ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace της NASA θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους επιστήμονες να αναζητήσουν σκοτεινή ύλη ανάμεσα στα αστέρια.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών πιστεύει ότι τα κενά σε αλυσίδες αστεριών που συνδέονται με σφιχτά συσκευασμένες σφαίρες αρχαίων αστρικών σωμάτων, που ονομάζονται σφαιρικά σμήνη, θα μπορούσαν να επηρεαστούν από συστάδες σκοτεινής ύλης.
Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να μελετήσουν μόνο αυτά τα κρεμαστά ρεύματα αστεριών στον Γαλαξία μας, πράγμα που σημαίνει ότι η κατανόησή μας γι’ αυτά είναι περιορισμένη. Ο Roman, που έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2027, θα πρέπει να είναι αρκετά ευαίσθητος για να ανιχνεύσει αυτές τις δομές στον γειτονικό μας γαλαξία Ανδρομέδα – και με τέτοια λεπτομέρεια θα ήταν δυνατό να ανιχνευθούν διαταραχές που προκαλούνται από τη σκοτεινή ύλη και να δοθούν στους αστρονόμους ενδείξεις για αυτήν την άπιαστη ουσία.
«Υπάρχουν ρεύματα αστεριών στον δικό μας γαλαξία όπου βλέπουμε κενά που μπορεί να οφείλονται στη σκοτεινή ύλη», δήλωσε ο Tjitske Starkenburg, μέλος της ομάδας και επιστήμονας στο Northwestern University, σε μια δήλωση. «Αλλά αυτά τα κενά μπορούν επίσης να προκύψουν με άλλους τρόπους».
Σχετίζεται με: Η θεωρία των «σκοτεινών δυνάμεων» θα μπορούσε να λύσει δύο ανοιχτά κοσμικά μυστήρια
Η ομάδα πιστεύει ότι παρατηρώντας κενά σε γαλαξίες εκτός του Γαλαξία, ο Roman θα δώσει στους επιστήμονες μια καλύτερη εικόνα για αυτά τα κενά στο σύνολό τους. Αυτό θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στον προσδιορισμό της ύπαρξης και των ιδιοτήτων των συστάδων σκοτεινής ύλης.
Διαβάζοντας ανάμεσα στις γραμμές (ή μάλλον ανάμεσα στα αστέρια)
Η σκοτεινή ύλη είναι ανησυχητική για τους επιστήμονες γιατί, παρόλο που υπολογίζεται ότι αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, δεν έχουν ιδέα για το τι είναι.
Η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με το φως, που σημαίνει ότι είναι ουσιαστικά αόρατη στα μάτια μας και δεν μπορεί να αποτελείται από άτομα που αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια που αποτελούν την «καθημερινή» ύλη που έχουμε συνηθίσει. Σκεφτείτε αστέρια, πλανήτες, λουλούδια, βιβλία. Όλα όσα βλέπουμε με γυμνό μάτι –συμπεριλαμβανομένων των σωμάτων μας– είναι φτιαγμένα από τέτοια «κανονική» ύλη.
Ωστόσο, η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα, και αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να ολοκληρώσουν την παρουσία της μόνο μελετώντας πώς η επιρροή της στη βαρύτητα επηρεάζει στη συνέχεια όλη την καθημερινή ύλη και το φως.
Το γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά βαρυτικά είναι στην πραγματικότητα ένα χτύπημα τύχης για την εξέλιξη του σύμπαντος. Μερικοί γαλαξίες, για παράδειγμα, περιστρέφονται τόσο γρήγορα που η βαρύτητα της ορατής ύλης τους – αστέρια, αέρια, σκόνη και πλανήτες – δεν θα ήταν αρκετή για να τους εμποδίσει να πετάξουν πρακτικά.
«Βλέπουμε την επίδραση της σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες», δήλωσε στη δήλωση ο Christian Aganze, μέλος της ομάδας και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. «Για παράδειγμα, όταν μοντελοποιούμε πώς περιστρέφονται οι γαλαξίες, χρειαζόμαστε επιπλέον μάζα για να εξηγήσουμε την περιστροφή τους. Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να παρέχει τη μάζα που λείπει».
Τα στοιχεία της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν κάλλιστα να προέρχονται από σφαιρικά σμήνη, τα οποία συχνά περιέχουν εκατομμύρια αστέρια καθώς και χαλαρά ρεύματα αστεριών. Αυτό συμβαίνει επειδή οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να ανοίξει «τρύπες» σε αυτά τα ρεύματα αστεριών, δημιουργώντας κενά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση της φύσης αυτής της μυστηριώδους μορφής ύλης.
«Ο λόγος που αυτές οι ροές είναι τόσο ενδιαφέρουσες για την παρατήρηση των επιπτώσεων αυτών των συστάδων σκοτεινής ύλης είναι διπλός», είπε ο Starkenburg. «Πρώτον, αυτά τα ρεύματα «ζουν» στις εξόχως απόκεντρες περιοχές ενός γαλαξία, όπου κατά τα άλλα υπάρχει πολύ μικρή δομή.
«Και δεύτερον, αυτά τα ρεύματα είναι εγγενώς πολύ λεπτά επειδή σχηματίστηκαν από πυκνά αστρικά σμήνη, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πολύ πιο εύκολο να εντοπιστούν κενά ή διαταραχές».
Αυτή δεν είναι μια νέα ιδέα, αλλά δεν έχει ακόμη αξιοποιηθεί πλήρως για να φτάσουμε στο βάθος του προβλήματος της σκοτεινής ύλης. Τα τρέχοντα διαστημικά τηλεσκόπια και τα επίγεια όργανα περιορίζονται στην αναζήτηση οπών της σκοτεινής ύλης σε έναν μικρό αριθμό αστρικών ρευμάτων που συνδέονται με σφαιρικά αστρικά σμήνη στον Γαλαξία μας.
Από τη θέση του περίπου 1 εκατομμύριο μίλια (1,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα) από τη Γη, ο Roman θα είναι σε θέση να μελετήσει τέτοια χαρακτηριστικά σε γειτονικούς γαλαξίες, ιδιαίτερα στην Ανδρομέδα, για πρώτη φορά. Το όργανο ευρέος πεδίου του θα παράγει εικόνες 200 φορές μεγαλύτερες από αυτές του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble.
Για να το δοκιμάσει αυτό, αυτή η ομάδα προσομοίωσε ρεύματα αστεριών και τους επέτρεψε να αλληλεπιδράσουν με συστάδες σκοτεινής ύλης, δημιουργώντας κενά όπως είχε προβλεφθεί. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες δημιούργησαν προσομοιωμένες ρωμαϊκές παρατηρήσεις αυτών των χώρων που εμποτίζονται από σκοτεινή ύλη σε αστρικά ρεύματα. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο Roman θα είναι πραγματικά σε θέση να ανιχνεύσει αυτά τα κενά όταν τελικά ανοίξει τα μάτια του στον κόσμο.
Το μυθιστόρημα θα ρίξει περισσότερο φως στη σκοτεινή ύλη
Η μελέτη ροών αστεριών που κρέμονται από σφαιρικά σμήνη δεν θα είναι η μόνη αναζήτηση για τη σκοτεινή ύλη που θα αναλάβει ο Roman καθώς εξερευνά το σύμπαν.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι περισσότεροι, αν όχι όλοι, οι γαλαξίες περιβάλλονται από φωτοστέφανα αυτής της μυστηριώδους ύλης. Και αυτά τα φωτοστέφανα πιστεύεται ότι εκτείνονται πολύ πέρα από το ορατό υλικό περιεχόμενο των γαλαξιών. Το τελευταίο μελετάται επίσης από το διαστημικό τηλεσκόπιο που πήρε το όνομά του από την πρώτη επικεφαλής αστρονόμο της NASA, Nancy Grace Roman, γνωστή στοργικά ως “Mother of Hubble”.
Εκτός από τη μελέτη του φωτοστέφανου της σκοτεινής ύλης γύρω από την Ανδρομέδα, ο Roman θα διερευνήσει επίσης την πιθανή ύπαρξη μικρότερων «υποφωτοστέφανων» της σκοτεινής ύλης γύρω από τον κοντινό γαλαξία.
«Αναμένουμε από μικρότερες υποφωτοστέφανες της σκοτεινής ύλης να αλληλεπιδράσουν με σφαιρικά ρεύματα σμήνων», είπε ο Starkenburg. «Εάν αυτοί οι υποφωτοστέφανοι υπάρχουν σε άλλους γαλαξίες, προβλέπουμε ότι θα δούμε κενά στα σφαιρικά ρεύματα σμήνων που πιθανότατα προκαλούνται από αυτούς τους υποφωτοστέφανους».
«Αυτό θα μας δώσει νέες πληροφορίες για τη σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένου του τύπου των φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης που υπάρχουν και των μαζών τους».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ
— Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να κρύβεται στις δέσμες σωματιδίων του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων
– «Συστάδες» σκοτεινής ύλης που βρέθηκαν χρησιμοποιώντας τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν
– Δείτε πώς το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA θα αναζητήσει μοναχικές μαύρες τρύπες και μακρινούς εξωπλανήτες
Εκτός από τη συμμετοχή σε αυτή τη μελέτη, ο Starkenburg βοηθά ήδη να τεθούν τα θεμέλια για το έργο ντετέκτιβ της σκοτεινής ύλης του Roman με χρηματοδότηση από το πρόγραμμα Nancy Grace Roman Space Telescope Research and Support Participation Opportunities της NASA.
«Αυτή η ομάδα σχεδιάζει να μοντελοποιήσει το σχηματισμό σφαιρικών σμηνών σε αστρικά ρεύματα αναπτύσσοντας ένα πολύ πιο λεπτομερές θεωρητικό πλαίσιο», είπε. «Θα συνεχίσουμε να προβλέπουμε την προέλευση των σφαιρικών σμηνών που σχηματίζουν ρεύμα και εάν αυτά τα ρεύματα θα είναι παρατηρήσιμα με τη Ρωμαϊκή».
Η έρευνα της ομάδας περιγράφεται λεπτομερώς σε μια προεκτυπωμένη εργασία στο αρχείο χαρτιού arXiv και γίνεται δεκτή για δημοσίευση στο Astrophysical Journal.