Οι επιστήμονες προτείνουν μια λύση για δύο μυστήρια: την προέλευση της εξαιρετικά άφθονης ακτινοβολίας υπερυψηλής ενέργειας που παρατηρούμε στον γαλαξία μας και τη φύση της σκοτεινής ύλης, μιας αόρατης ουσίας που μπερδεύει τους ερευνητές εδώ και 50 χρόνια, από τότε δηλαδή που ανακαλύφθηκε.
Και η ιδέα έχει ένα πιασάρικο όνομα: πύλες βαρύτητας. Βάσει αυτής της υπόθεσης, όταν απορροφώνται από μία τέτοια πύλη δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης (ό,τι κι αν είναι αυτά), τότε αφανίζει το ένα το άλλο και σκορπούν ιδιαίτερα ισχυρές ακτίνες γάμμα.
Αυτό το σκεπτικό ίσως δύναται να εξηγήσει το γιατί το γαλαξιακό κέντρο -όπου πιστεύεται ότι κρύβονται πυκνά σμήνη σκοτεινής ύλης- είναι γεμάτο ακτίνες γάμμα, ίσως να μπορεί και να ρίξει φως στην συμπεριφορά της σκοτεινής ύλης, η οποία ίσως περιστασιακά αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη στο σύμπαν μας.
Ποιά πρέπει να είναι η σκοτεινή ύλη
Περισσότερο από το 80% της ύλης στο σύμπαν μας είναι σε μια μορφή που δεν μπορεί να γίνει κατανοητή, όχι τουλάχιστον με το συμβατικό μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Οι επιστήμονες την αποκαλούν «σκοτεινή ύλη», επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως. Ο πρώτος υπαινιγμός για την παρουσία της σκοτεινής ύλης ήρθε στη δεκαετία του 1970, όταν η αστρονόμος Vera Rubin διαπίστωσε ότι οι γαλαξίες περιστρέφονταν πολύ γρήγορα για το ποσό της ύλης που βλέπαμε να περιέχουν. Χωρίς κάποια πρόσθετη, κρυφή πηγή βαρύτητας, θα έπρεπε να είχαν διαλυθεί εδώ και πολύ καιρό.
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι δεν ήξεραν αν έπρεπε να αλλάξουν το πως κατανοούν την βαρύτητα, να προσθέσουν περισσότερη κανονική -αλλά πραγματικά αμυδρή- ύλη στο σύμπαν ή να συμπεριλάβουν ένα ολοκαίνουργιο συστατικό. Ωστόσο, χρόνο με το χρόνο, οι διαδοχικές παρατηρήσεις έχουν περιορίσει τις πιθανότητες. Καμία τροποποιημένη θεωρία βαρύτητας δεν μπορεί να εξηγήσει όλες τις παρατηρήσεις. Και οι φυσικοί έχουν θέσει σταθερά όρια στην ποσότητα της κανονικής ύλης (φωτεινή, αμυδρή και οτιδήποτε ενδιάμεσα) που υπάρχει στο Σύμπαν.
Αυτό αφήνει τη σκοτεινή ύλη ως τον μόνο υπεύθυνο για τους γρήγορα περιστρεφόμενους γαλαξίες. Αυτή η ύλη θα αποτελούσε ένα νέο είδος σωματιδίου με κάποια άγνωστη ταυτότητα (ή ταυτότητες). Το οποίο δεν αλληλεπιδρά με το φως, γιατί αλλιώς θα το είχαμε δει μέχρι τώρα. Το οποίο, επίσης, δεν αλληλεπδρά μέσω της ισχυρής πυρηνικής αλληλεπίδρασης, η οποία συνδέει τα σωματίδια της ύλης μεταξύ τους, γιατί αλλιώς οι επιστήμονες θα είχαν εντοπίσει την επίδρασή του σε ατομικά πειράματα. Μπορεί να αλληλεπιδρά μεσω την ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης, αλλά αυτή η δύναμη είναι τόσο μικρή και μικρής εμβέλειας που είναι δύσκολο να εντοπιστούν τυχόν αποκλίσεις από τα αναμενόμενα αποτελέσματα.
Τρισεκατομμύρια αόρατα και σιωπηλά σωματίδια σκοτεινής ύλης μπορεί να ρέουν μέσα στο σώμα σας αυτή τη στιγμή.
Η σκοτεινή ύλη, από την άλλη πλευρά, κάνει αισθητή την παρουσία της μέσω της βαρύτητας, καθώς κάθε τύπος μάζας και ενέργειας στον κόσμο εμφανίζει βαρυτική επιρροή. Έτσι, η μόνη σίγουρη προσέγγιση για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης είναι μέσω των βαρυτικών αλληλεπιδράσεών της με την κανονική ύλη, όπως οι κινήσεις των αστέρων μέσα στους γαλαξίες.
Αλλά μπορεί να υπάρχει και άλλος τρόπος.
Η περίπτωση της περίσσειας ηλεκτρονίων
Οι φυσικοί πρότειναν μια νέα υπόθεση για να εξηγήσουν τι είναι η σκοτεινή ύλη και το πώς συμπεριφέρεται, σε μια μελέτη που βρίσκεται στο στάδιο της προδημοσίευσης (σύνδεσμος στο τέλος του άρθρου). Πριν εμβαθύνουμε όμως στην μελέτη τους, πρέπει να προσθέσουμε ένα ακόμα στοιχείο στο κυνήγι αυτού που ονομάζουμε σκοτεινή ύλη. Αυτό μας το παρέχει μία παράξενη αφθονία ακτίνων γάμμα που βρέθηκε να προέρχεται από το κέντρο του γαλαξία μας.
Οι ακτίνες γάμμα αποτελούν την πιο δυνατή μορφή ακτινοβολίας με την υψηλότερη ενέργεια και συνήθως δημιουργούνται μόνο από ορισμένα σοβαρά γεγονότα υψηλής ενέργειας, όπως από αστέρες που γίνονται υπερκαινοφανείς. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη πόσο σπάνια είναι αυτά τα κατακλυσμικά γεγονότα, υπάρχουν περισσότερες ακτίνες γάμμα από ό,τι θα περίμενε κανείς κοντά στο γαλαξιακό κέντρο. Η θεωρία προτείνει ότι είναι πιθανό οι ακτίνες γάμμα να εμφανίζονται ως υποπροϊόν ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας.
Αυτά τα ηλεκτρόνια (τα οποία ανήκουν στην κατηγορία σωματιδίων που ονομάζουμε λεπτόνια) υψηλής ενέργειας, τα οποία δημιουργούνται πολύ πιο εύκολά απ’ότι οι ακτίνες γάμμα, προέρχονται από μια πηγή και κινούνται γύρω από το γαλαξιακό κέντρο. Τα ίδια τα ηλεκτρόνια είναι μη ανιχνεύσιμα (είναι εξαιρετικά μικρά), αλλά όταν πλημμυρίζουν τον διαστρικό χώρο, μπορεί να συγκρουστούν με ένα διερχόμενο φωτόνιο (ένα σωματίδιο φωτός).
Αυτό το φωτόνιο -που είναι πιθανότατα χαμηλής ενέργειας και αβλαβές- συγκρούεται με το επιθετικό ηλεκτρόνιο και η σύγκρουση αυτή αυξάνει την ενέργεια του φωτονίου τόσο πολύ που αρχίζει να παράγει ορατές ακτίνες γάμμα.
Αυτές οι συγκρούσεις ίσως να εξηγούν την περίσσεια των ακτίνων γάμμα που παρατηρούμε. Αλλά από πού προέρχονται αυτά τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας;
Άλμα στην πύλη
Ας δούμε τι γνωρίζουμε. Πρώτο: η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας. Δεύτερο: λεπτόνια υψηλής ενέργειας που πλημμυρίζουν την περιοχή γύρω από το γαλαξιακό κέντρο θα μπορούσαν να εξηγήσουν πρόσθετες ακτίνες γάμμα. Τρίτο: επειδή ο πυρήνας του γαλαξία μας έχει την υψηλότερη πυκνότητα ύλης, πιστεύουμε ότι εκεί επίσης υπάρχει σημαντική συγκέντρωση σκοτεινής ύλης.
Σύμπτωση; Ή συνωμοσία;
Ο Sun Xu-Dong και ο Dai Ben-Zhong από το China Key Laboratory of Astroparticle Physics, περιέγραψαν τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο παρατηρήσεων στο άρθρο τους: leptophilic gravity portals, δηλαδή λεπτόφιλες (ή μάλλον λεπτονιο-φιλες) πύλες βαρύτητας.
Ας ξεκινήσουμε με το τμήμα “πύλες βαρύτητας”. Η βαρύτητα, όπως την καταλαβαίνουμε, απλώς έλκει αντικείμενα. Η Σελήνη έλκει τη Γη, ο Ήλιος έλκει τη Γη, οι αστέρες ενός γαλαξία έλκουν ο ένας τον άλλον και ούτω καθεξής. Και η βαρύτητα κάνει εξαιρετική δουλειά όσον αφορά στην έλξη.
Επί της ουσίας, η μόνη επίδραση της βαρύτητας στη σκοτεινή ύλη είναι το να την… έλκει.
Ωστόσο, η κατανόησή μας για τη βαρύτητα είναι ανεπαρκής. Αν και η φυσική μπορεί να εξηγήσει τη βαρύτητα στις μεγάλες κλίμακες, δεν υπάρχει θεωρία που να ονομάζεται κβαντική θεωρία της βαρύτητας και η οποία να μπορεί να προβλέψει την ισχυρή βαρύτητα σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες. Και η βαρύτητα μπορεί να επιφυλάσσει εκπλήξεις για όλους σε αυτό το καθεστώς.
Οι υπόλοιπες δυνάμεις της φύσης είναι ικανές διαρκώς να εκμηδενίζουν, να μεταμορφώνουν και να δημιουργούν σωματίδια. Για παράδειγμα, η ασθενής πυρηνική αλληλεπίδραση μπορεί να μετατρέψει ένα πρωτόνιο σε νετρόνιο, έχοντας ως αποτέλεσμα την ραδιενεργή διάσπαση. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μπορεί να συνδυάσει ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιο του, έχοντας ως αποτέλεσμα αυτά να εξαφανιστούν δημιουργώντας εκπομπή ακτινοβολίας.
Με τον ίδιο τρόπο, η βαρύτητα -σε ακραίες περιπτώσεις- μπορεί να τραβήξει δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης και να τα καταστρέψει, μετατρέποντάς τα σε… οτιδήποτε.
Και, σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο των ερευνητών, τέτοια σωματίδια σκοτεινής ύλης ίσως να μπορούν να μετατραπούν σε λεπτόνια. Εξ ου και το «leptophilic» μέρος του ονόματος.
Τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, σύμφωνα με αυτή τη νέα υπόθεση, μπορούν περιστασιακά να εξαφανίζουν το ένα το άλλο μέσω τυχαίων αλληλεπιδράσεων βαρύτητας. Αυτές οι τυχαίες αλληλεπιδράσεις είναι γνωστές στην κοινότητα των Φυσικών ως «πύλες βαρύτητας», καθώς προσφέρουν στα σωματίδια έναν τρόπο να αλληλεπιδρούν μόνο μέσω της βαρύτητας. Ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας είναι το αποτέλεσμα μιας τέτοιας σύγκρουσης. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις θα ήταν πολύ πιο συνηθισμένες στον γαλαξιακό πυρήνα, όπου η πυκνότητα της σκοτεινής ύλης φαίνεται να είναι υψηλότερη. Στη συνέχεια αυτά είναι τα ηλεκτρόνια που θα ταξίδευαν, χτυπώντας τελικά ένα φωτόνιο χαμηλής ενέργειας και παράγοντας εκπομπή ακτίνων γάμμα, προκαλώντας έτσι την περίσσεια που παρατηρούμε.
Παραπομπές:
Dark matter annihilation into leptons through gravity portals
Πηγή: https://beyondtheworld.net/