«Όλα τα καλά τελειώνουν αυτό το ρητό ισχύει και στον Κόσμο καθώς και στη Γη».
Γνωρίζουμε ότι τα αστέρια, όπως όλα τα άλλα, πρέπει να πεθάνουν. Όταν τελειώνουν τα καύσιμα που χρειάζονται για την πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα τους, αστέρια όλων των μεγεθών καταρρέουν υπό τη δική τους βαρύτητα και πεθαίνουν για να σχηματίσουν ένα πυκνό κοσμικό υπόλειμμα όπως ένας λευκός νάνος, ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Το δικό μας αστέρι, ο Ήλιος, θα υποστεί αυτή τη μοίρα σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, αρχικά διογκούμενος σε κόκκινο γίγαντα και εξαφανίζοντας τους εσωτερικούς πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Μετά από περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια, αυτή η φάση θα τελειώσει επίσης και ο πυρήνας του Ήλιου θα παραμείνει ως λευκή νάνος χόβολη, που περιβάλλεται από ένα σύννεφο κοσμικής τέφρας με τη μορφή ψυχρού αστρικού υλικού.
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει το διάγραμμα Hertzsprung-Russell, μια επισκόπηση της ζωής, της μετά θάνατον ζωής και του θανάτου των άστρων. Αυτό το διάγραμμα παρακολουθεί αστέρια όλων των μαζών μέσω της εξέλιξής τους από αστέρια της κύριας ακολουθίας που καίγονται με υδρογόνο σε πυκνά κοσμικά υπολείμματα.
Αλλά νέα έρευνα έχει βρει ότι ορισμένα αστέρια στην καρδιά του γαλαξία μας μπορεί να ξεπερνούν τα καλύτερα μοντέλα μας για το πώς ζουν και πεθαίνουν τα αστέρια. Αυτά τα αστέρια θα μπορούσαν να τρέφονται με τη σκοτεινή ύλη, την πιο μυστηριώδη ουσία στο σύμπαν, για να δώσουν στον εαυτό τους κοσμική αθανασία, καθιστώντας αναγκαία τη δημιουργία ενός «σκοτεινού διαγράμματος Hertzsprung-Russell».
Σχετίζεται με: Σε όλο το σύμπαν, ο αφανισμός της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να θερμάνει νεκρά αστέρια
«Το γαλαξιακό κέντρο του Γαλαξία είναι ένα πολύ ακραίο περιβάλλον και πολύ διαφορετικό από εκεί που βρισκόμαστε στον Γαλαξία μας», είπε στο Space.com η επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας Isabelle John του Ινστιτούτου Kavli για την Αστροφυσική και την Κοσμολογία Σωματιδίων. «Τα άστρα που βρίσκονται πιο κοντά στο γαλαξιακό κέντρο, τα λεγόμενα «άστρα του σμήνος S», είναι πολύ μυστηριώδη».
«Εκθέτουν μια σειρά από ιδιότητες που δεν υπάρχουν πουθενά αλλού: δεν είναι ξεκάθαρο πώς θα μπορούσαν να φτάσουν τόσο κοντά στο κέντρο, όπου το περιβάλλον θεωρείται μάλλον εχθρικό για το σχηματισμό άστρων».
Ο Τζον πρόσθεσε ότι αυτά τα αστέρια του σμήνους S, που βρίσκονται περίπου τρία έτη φωτός από την καρδιά του γαλαξία μας, φαίνονται επίσης πολύ νεότερα από ό,τι θα περίμενε κανείς αν τα αστέρια είχαν μεταναστεύσει σε αυτή την περιοχή από αλλού στον Γαλαξία μας. «Αυτό που είναι ακόμα πιο μυστήριο είναι ότι όχι μόνο τα αστέρια φαίνονται ασυνήθιστα νέα, αλλά υπάρχουν και λιγότερα αστέρια μεγαλύτερης ηλικίας από το αναμενόμενο», συνέχισε. «Φαίνεται επίσης ότι υπάρχει ένας απροσδόκητα μεγάλος αριθμός βαρέων αστέρων».
Ο John και οι συνεργάτες του υποψιάζονται ότι ένας λόγος για αυτές τις ασυνήθιστες ιδιότητες μπορεί να είναι ότι αυτά τα αστέρια συσσωρεύουν μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης, η οποία στη συνέχεια καταστρέφεται μέσα τους. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να τους προσφέρει μια εντελώς νέα και απροσδόκητη μορφή καυσίμου.
“Οι προσομοιώσεις μας δείχνουν ότι τα αστέρια μπορούν να επιβιώσουν μόνο στη σκοτεινή ύλη ως καύσιμο, και επειδή υπάρχει εξαιρετικά μεγάλη ποσότητα σκοτεινής ύλης κοντά στο γαλαξιακό κέντρο, αυτά τα αστέρια γίνονται αθάνατα”, πρόσθεσε ο John. “Αυτό είναι αρκετά συναρπαστικό γιατί οι προσομοιώσεις μας δείχνουν παρόμοια αποτελέσματα με τις παρατηρήσεις των αστεριών του σμήνους S: η σκοτεινή ύλη ως καύσιμο θα κρατήσει τα αστέρια νέα για πάντα.”
«Η ιδέα των αθάνατων αστεριών», συνέχισε ο Τζον, «μπορεί να εξηγήσει πολλές από τις ασυνήθιστες ιδιότητες των αστεριών του σμήνους S ταυτόχρονα. Εάν τα αστέρια στο γαλαξιακό κέντρο γίνουν αθάνατα λόγω της υψηλής πυκνότητας της σκοτεινής ύλης, αυτό μπορεί να εξηγήσει την ασυνήθιστα υψηλή αφθονία φαινομενικά νεαρών αστεριών στο γαλαξιακό κέντρο, ενώ επίσης εξηγεί την έλλειψη παλαιότερων αστεριών».
Η σκοτεινή ύλη είναι ο χειρότερος εχθρός της ίδιας της
Η σκοτεινή ύλη είναι ένα πρόβλημα για τους φυσικούς επειδή αποτελεί περίπου το 85% του σύμπαντος και είναι αόρατη σε εμάς επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως. Επιπλέον, η σκοτεινή ύλη δεν φαίνεται να αλληλεπιδρά με τη «συνηθισμένη ύλη». Αυτή η καθημερινή ύλη αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια και περιλαμβάνει όλα τα αστέρια, τους πλανήτες, τα φεγγάρια, τους αστεροειδείς, τους κομήτες, τα αέρια, τη σκόνη και τα έμβια όντα στο σύμπαν.
Οι επιστήμονες μπορούν μόνο να υποψιαστούν ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη επειδή αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα και αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να επηρεάσει την κανονική ύλη και ακόμη και το φως. Ωστόσο, εάν υπάρχουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ σκοτεινής και κανονικής ύλης, είναι σπάνιες και αδύναμες. Οι επιστήμονες δεν πιστεύουν ότι έχουμε δει ποτέ μια τέτοια αλληλεπίδραση.
Αυτό που είναι λιγότερο σίγουρο είναι αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της. Για να καταλάβουμε τι σημαίνει αυτό, πρέπει να θυμόμαστε ότι όλα τα συνηθισμένα σωματίδια ύλης έχουν μια εκδοχή αντιύλης. Για παράδειγμα, για ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο, υπάρχει ένα θετικά φορτισμένο αντισωματίδιο που ονομάζεται ποζιτρόνιο. Και όταν η ύλη και η αντιύλη συναντώνται, καταστρέφουν η μία την άλλη και απελευθερώνουν ενέργεια στη διαδικασία.
“Ο αφανισμός της σκοτεινής ύλης είναι ανάλογος με τον αφανισμό της ύλης και της αντιύλης: όταν ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιο του συγκρούονται, καταστρέφονται και παράγουν άλλα σωματίδια, όπως φωτόνια. Με παρόμοιο τρόπο, τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να εξαφανιστούν μεταξύ τους.” είπε ο Γιάννης. “Σε πολλά μοντέλα σκοτεινής ύλης, τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θεωρούνται ως δικά τους αντισωματίδια, που σημαίνει ότι οποιαδήποτε δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης μπορούν να εξαφανιστούν το ένα το άλλο.”
Ωστόσο, δεν βλέπουμε τον αφανισμό της σκοτεινής ύλης, επομένως πρέπει να είναι αρκετά σπάνιος. Αυτό σημαίνει, λέει ο John, ότι είναι πιο πιθανό να συμβεί σε ένα περιβάλλον όπου μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης μπορούν να συσσωρευτούν μεταξύ τους. Ίσως η βαρύτητα με την οποία αλληλεπιδρά η σκοτεινή ύλη είναι ισχυρότερη στην εξαιρετικά πυκνή περιοχή στην καρδιά ενός άστρου.
Θα μπορούσε και ο ήλιος να γίνει αθάνατος;
Τα αστέρια της κύριας ακολουθίας καίνε υδρογόνο σε διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Αυτό δημιουργεί ήλιο, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του άστρου, και την εξωτερική «πίεση ακτινοβολίας» που εξισορροπεί την εσωτερική πίεση των βαρυτικών δυνάμεων του ίδιου του άστρου. Αυτή η κοσμική διελκυστίνδα μεταξύ της πίεσης της ακτινοβολίας και της βαρύτητας διαρκεί εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια και διατηρεί αυτά τα αστέρια σε μια σταθερή ισορροπία.
«Στο μεγαλύτερο μέρος της ζωής ενός άστρου, αυτές οι διεργασίες συμβαίνουν κυρίως στον πυρήνα του άστρου, όπου η βαρυτική πίεση είναι η υψηλότερη», είπε ο Τζον. «Δείχνουμε ότι όταν τα αστέρια συσσωρεύουν μια μεγάλη ποσότητα σκοτεινής ύλης που στη συνέχεια εκμηδενίζεται μέσα στο αστέρι, αυτό μπορεί επίσης να δημιουργήσει μια πίεση προς τα έξω που καθιστά το αστέρι σταθερό μέσω του αφανισμού της σκοτεινής ύλης και όχι της πυρηνικής σύντηξης. Έτσι τα αστέρια μπορούν να χρησιμοποιούν τη σκοτεινή ύλη ως καύσιμο αντί για υδρογόνο.
«Τα αστέρια καταναλώνουν το υδρογόνο τους, το οποίο τελικά οδηγεί στο θάνατό τους. Από την άλλη πλευρά, η σκοτεινή ύλη μπορεί να συλλέγεται συνεχώς, καθιστώντας αυτά τα αστέρια αθάνατα».
Θα μπορούσε λοιπόν ο ήλιος να κερδίσει την αθανασία μεταβαίνοντας σε αυτήν την εναλλακτική πηγή καυσίμου; Ο Γιάννης δεν το πιστεύει. Βρίσκεται στη μέση ενός από τους σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία μας, απλά βρίσκεται σε λάθος μέρος στον γαλαξία μας για να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτό το σκοτεινό σιντριβάνι της νεότητας.
«Τα αστέρια χρειάζονται πολύ μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης για να αντικαταστήσουν αποτελεσματικά τη σύντηξη. Στο μεγαλύτερο μέρος του Γαλαξία, η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης δεν είναι αρκετά υψηλή ώστε να επηρεάσει σημαντικά τα αστέρια. «Αλλά στο γαλαξιακό κέντρο, η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης είναι πολύ υψηλή, ίσως πολλές δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από ό,τι στη Γη, παρέχοντας την ποσότητα της σκοτεινής ύλης που απαιτείται για να γίνουν τα αστέρια αθάνατα», εξήγησε ο Jon. «Έτσι ο ήλιος μας δεν είναι αθάνατος».
Ο Τζον πρόσθεσε ότι τα ευρήματα της ομάδας μπορεί να αποκαλύψουν πολλά μυστικά για την ίδια τη σκοτεινή ύλη, καθώς και τα αθάνατα αστέρια που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να διασκορπιστεί με συνηθισμένα σωματίδια, κάτι που είναι απαραίτητο για να επιβραδύνει και να παγιδεύσει τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μέσα στο αστέρι – και επίσης ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορούν να εξαφανιστούν το ένα το άλλο», είπε. «Παρατηρώντας την κατανομή των αθάνατων αστεριών γύρω από το γαλαξιακό κέντρο, θα αποκτούσαμε επίσης κάποιες πληροφορίες σχετικά με την κατανομή και την πυκνότητα της σκοτεινής ύλης γύρω από το γαλαξιακό κέντρο».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ
— Η σκοτεινή ύλη ανακαλύφθηκε να κρέμεται στον κοσμικό ιστό για πρώτη φορά
— Το εξωτικό «δαχτυλίδι του Αϊνστάιν» υποδηλώνει ότι η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της
— Οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που έχουν απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να είναι οι κύριοι ύποπτοι για τη σκοτεινή ύλη
Ο Τζον εξήγησε ότι για να επαληθεύσουν αυτά τα αποτελέσματα, οι αστρονόμοι χρειάζονται πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις των πιο εσωτερικών αστεριών του Γαλαξία για να προσδιορίσουν εάν αυτά τα αστέρια βρίσκονται σε μια «σκοτεινή κύρια ακολουθία», η οποία θα μπορούσε να υποδεικνύει την αθανασία τους.
Θέλουν επίσης να μελετήσουν τα αποτελέσματα του αφανισμού της σκοτεινής ύλης σε διάφορα αστέρια. Οι αρχικές προσομοιώσεις υποδηλώνουν ότι τα φωτεινότερα αστέρια γίνονται «φουσκωμένα» και ρίχνουν τα εξωτερικά τους στρώματα καθώς μεταβαίνουν σε αυτό το σκοτεινό καύσιμο. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει τη φύση των λεγόμενων «G αντικειμένων» που βρέθηκαν στο κέντρο του Γαλαξία. Πρόκειται για αστρικά σώματα που φαίνεται να περιβάλλονται από νέφη αερίων.
“Μέχρι στιγμής η δουλειά μας έχει επικεντρωθεί σε αστέρια κύριας ακολουθίας. Θέλουμε επίσης να καταλάβουμε πώς η σκοτεινή ύλη επηρεάζει τα αστέρια σε μεταγενέστερα στάδια της εξέλιξης, όταν έχουν απομακρυνθεί από την κύρια ακολουθία και υποβάλλονται σε διάφορες διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης”, είπε ο Johns. «Τα αποτελέσματά μας είναι συναρπαστικά γιατί δείχνουν ότι οι αστρικές παρατηρήσεις παρέχουν μια πρόσθετη και μοναδική ευκαιρία να μελετήσουμε και να κατανοήσουμε τις αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης με τη συνηθισμένη ύλη».
Μια έκδοση της έρευνας της ομάδας που έχει αξιολογηθεί εκ των προτέρων είναι διαθέσιμη στο αποθετήριο χαρτιού arXiv.