Τι είναι η σκοτεινή ύλη; Είναι ένα από τα πιο μπερδεμένα ερωτήματα της σύγχρονης αστρονομίας. Γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη είναι εκεί έξω, αφού μπορούμε να δούμε την προφανή βαρυτική της επίδραση σε όλα, από τους γαλαξίες έως την εξέλιξη ολόκληρου του σύμπαντος, αλλά δεν ξέρουμε τι είναι. Η καλύτερη εικασία μας είναι ότι είναι ένα είδος περίεργου νέου σωματιδίου που δεν θέλει να μιλάει με την κανονική ύλη πολύ συχνά (διαφορετικά θα το είχαμε δει τώρα). Μια πιθανότητα είναι ότι είναι ένα εξωτικό υποθετικό είδος σωματιδίων γνωστό ως άξονας και μια ομάδα αστρονόμων δεν χρησιμοποιεί άλλο από μαύρες τρύπες για να προσπαθήσει να ρίξει μια ματιά σε αυτό το παράξενο νέο κοσμικό κριτήριο.
Ατζέντα Αξιών
Θα είμαι ειλικρινής μαζί σας, δεν γνωρίζουμε αν υπάρχουν αξονισμοί. Εφευρέθηκαν για να εξηγήσουν ένα αίνιγμα στη φυσική υψηλής ενέργειας. Υπάρχει ένα είδος συμμετρίας στη φύση, όπου εάν κάνετε κάποια τυχαία αλληλεπίδραση που περιλαμβάνει πολλά υποατομικά σωματίδια και απενεργοποιήσετε τα ηλεκτρικά φορτία όλων για το αντίθετο σημάδι και εκτελέσετε επίσης τη διαδικασία στον καθρέφτη, θα έχετε το ίδιο ακριβώς αποτέλεσμα. Αυτό είναι γνωστό ως συμμετρία φόρτισης και ισοτιμίας, ή CP-συμμετρία για συντομία.
Αυτή η συμμετρία διατηρείται παντού στη φύση, εκτός αν δεν συμβαίνει, όπως στην περίπτωση της αδύναμης πυρηνικής δύναμης, η οποία είναι σε θέση να παραβιάζει αυτήν τη συμμετρία όποτε το θέλει.
Το αίνιγμα είναι ότι, από όλα τα δικαιώματα, η ισχυρή πυρηνική δύναμη θα πρέπει να το παραβιάζει επίσης. Υπάρχουν όροι στα μαθηματικά που προφανώς σπάνε την συμμετρία CP, αλλά δεν βλέπουμε κανένα σημάδι συμμετρίας να σπάει με την ισχυρή πυρηνική δύναμη σε κανένα από τα πειράματά μας. Επομένως, κάτι πρέπει να συμβαίνει για να αποκατασταθεί αυτή η συμμετρία όταν έπρεπε να σπάσει.
Η απάντηση - ή τουλάχιστον μια πιθανή απάντηση - είναι ένα νέο είδος σωματιδίων που ονομάζεται άξονας. Ο άξονας αποκαθιστά ένα είδος ισορροπίας στη δύναμη (ναι, γνωρίζω την αναφορά Star Wars εδώ) έτσι ώστε να διατηρηθεί η συμμετρία CP και όλοι να μπορούν να κάνουν την καθημερινή τους ζωή. Φυσικά τα μέχρι τώρα πειράματα δεν έχουν αποκαλύψει άμεσα την ύπαρξη του άξονα και υπάρχει μια σειρά από πιθανές μάζες και ιδιότητες που θα μπορούσε να έχει ο άξονας.
Μέσα σε αυτό το εύρος των πιθανών επιτρεπόμενων μαζών και ιδιοτήτων του άξονα, συμβαίνει κάτι αξιοσημείωτο. Εάν θέλουμε να γεμίσουμε το σύμπαν με τη σκοτεινή ύλη, αυτή η σκοτεινή ύλη πρέπει να έχει ορισμένες ιδιότητες. Δεν μπορεί να αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη πολύ συχνά και ούτε μπορεί να αλληλεπιδρά με τον εαυτό του πολύ συχνά. Επίσης, πρέπει να είναι πολλά, και πρέπει να είναι πολύ σταθερό και μακράς διαρκείας. Αποδεικνύεται ότι ορισμένες από τις πιθανές ιδιότητες του άξονα επιτρέπουν στο υποθετικό σωματίδιο να είναι υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη.
The Dark Axions
Εάν αφήσουμε τον άξονα να είναι η σκοτεινή ύλη, μπορεί γενικά να εξηγήσει όλες τις συνήθεις παρατηρήσεις της σκοτεινής ύλης. Μπορεί να εξηγήσει τις καμπύλες περιστροφής στο εσωτερικό των γαλαξιών. Μπορεί να εξηγήσει τις κινήσεις των γαλαξιών μέσα σε σμήνες γαλαξιών. Μπορεί να κατασκευαστεί σε αρκετή αφθονία στο πρώιμο Σύμπαν για να χωρέσει τις παρατηρήσεις του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων. Και ούτω καθεξής.
Επιπλέον, οι άξονες στους πυρήνες των γαλαξιών μπορούν να συσσωρευτούν αρκετά σφιχτά για να σχηματίσουν μια ενιαία τεράστια μπάλα που στην αρχή θα μοιάζει πολύ σαν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Θα ήταν μικρό, δεν θα αλληλεπιδρούσε με το φως και θα ήταν απίστευτα τεράστιο. Ενώ οι πρόσφατες παρατηρήσεις από το Τηλεσκόπιο Horizon Event μας έδωσαν μια κυριολεκτική εικόνα μιας τεράστιας μαύρης τρύπας σε έναν άλλο γαλαξία, δεν σημαίνει απαραίτητα να αποκλείσουμε ότι αυτοί οι πυρήνες αξονίου εξακολουθούν να κρύβονται στα βάθη των γαλαξιών σε όλο το Σύμπαν. Και με αυτούς τους πιθανούς πυρήνες αξόνων μπορούμε να έχουμε τη δυνατότητα να χειριστούμε τις ιδιότητές τους.
Οι Μαύρες τρύπες είναι το κλειδί
Εκτός από το τηλεσκόπιο Event Horizon, δεν έχουμε άμεσες παρατηρήσεις για υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Μπορούμε να δούμε μόνο το υλικό που στροβιλίζεται και κάτι γύρω τους. Και από τις ιδιότητες αυτού του υλικού μπορούμε να εκτιμήσουμε το μέγεθος και τη μάζα των μαύρων οπών. Με αυτές τις τεχνικές, κατά τη διάρκεια των δεκαετιών αποκαλύψαμε μια πολύ περίεργη σχέση: πιο μαζικοί γαλαξίες φιλοξενούν πιο μαζικές μαύρες τρύπες στα κέντρα τους. Αυτή η σχέση είναι στην πραγματικότητα σχετικά στενή και μας λέει ότι οι μαύρες τρύπες συνυπάρχουν με τους γαλαξίες τους.
Αλλά όπως είπα, δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε τις μαύρες τρύπες άμεσα. Άρα μπορεί να μην είναι καθόλου μαύρες τρύπες. Ίσως να είναι πυρήνες αξονίου που κρύβονται στα κέντρα αυτών των γαλαξιών. Εάν συμβαίνει αυτό, δεν είναι ότι οι μαύρες τρύπες συν-εξελίχθηκαν με τους γαλαξίες-ξενιστές τους, αλλά ότι οι πυρήνες αξόνων συν-εξελίχθηκαν με τους γαλαξίες-ξενιστές τους. Όσο μεγαλύτερος είναι ο γαλαξίας, τόσο περισσότερη αξονική σκοτεινή ύλη μπορεί να φιλοξενήσει και τόσο μεγαλύτερος είναι ο πυρήνας του άξονα στο κέντρο.
Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη σχέση μεταξύ του κεντρικού σκοτεινού αντικειμένου (είτε πρόκειται για μαύρη τρύπα είτε για τον πυρήνα του άξονα) και τον ίδιο τον γαλαξία για να περιορίσουμε τις ιδιότητες των αξόνων. Αυτό λειτουργεί γιατί εάν αρχίσετε να παίζετε με τη μάζα των σωματιδίων του άξονα τότε αυτό επηρεάζει πόσο εύκολα μπορείτε να συσσωρευτείτε για να σχηματίσετε έναν πυρήνα, ο οποίος θα αλλάξει τη σχέση με τον γαλαξία του ξενιστή.
Μια ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε πρόσφατα τη σχέση μεταξύ των μαύρων τρυπών και των γαλαξιών για να το κάνει ακριβώς αυτό, και κατάφερε να θέσει ορισμένα ανώτατα όρια στη μάζα σωματιδίων άξονα, τα οποία θα βοηθήσουν στην καθοδήγηση μελλοντικών πειραμάτων και άμεσων αναζητήσεων. Είναι ο άξονας υπεύθυνος για τη σκοτεινή ύλη στο σύμπαν; Ας ελπίσουμε ότι κάποια μέρα μπορούμε να ρίξουμε λίγο φως στην κατάσταση.
Διαβάστε περισσότερα: "Αξονικός πυρήνας - μάζα φωτοστέφανου και σχέση μάζας μαύρης τρύπας - φωτοστέφανου: περιορισμοί σε μερικές παρηγορητικές κλίμακες"
