Από τι είναι φτιαγμένο το Σύμπαν; Μην ανησυχείτε αν δεν έχετε ιδέα, ούτε οι αστρονόμοι. Ο James Jee από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins χρησιμοποίησε το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble για να δημιουργήσει έναν λεπτομερή χάρτη συγκεντρώσεων σκοτεινής ύλης γύρω από δύο γαλαξίες. Και οι αστρονόμοι πήραν μερικές νέες ενδείξεις.
Ακούστε τη συνέντευξη: Χάρτες Dark Matter (5 MB)
Ή εγγραφείτε στο Podcast: Εγγραφείτε
Fraser Cain: Έχουμε ακούσει αρκετά τον όρο σκοτεινή ύλη. Μπορείτε να μας δώσετε την τρέχουσα κατανόηση της σκοτεινής ύλης;
Δρ. Τζέιμς Τζέι: Πριν μιλήσω για τη σκοτεινή ύλη, πρέπει να αναφέρω τι πιστεύουν οι αστρονόμοι πώς το Σύμπαν μπήκε σε αυτό που είναι σήμερα. Πιστεύουμε ότι το 30% του Σύμπαντος είναι ύλη και το άλλο 70% είναι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη περιλαμβάνει περισσότερο από το 90% της ύλης στο Σύμπαν. Κανείς δεν έχει εντοπίσει σκοτεινή ύλη στα εργαστήρια, οπότε δεν ξέρει το σχήμα, το χρώμα ή τη μυρωδιά της, αλλά υπάρχουν ενδείξεις ότι είναι εκεί. Μπορούμε να το ανιχνεύσουμε με το λεγόμενο βαρυτικό φακό.
Fraser: Έτσι, πραγματοποιήσατε πρόσφατα μια έρευνα χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble για να χαρτογραφήσετε τη συγκέντρωση της σκοτεινής ύλης. Ποια ήταν η διαδικασία για να γίνει αυτό;
Δρ Jee: Η σκοτεινή ύλη περιλαμβάνει, όπως είπα, το 90% της ύλης στο Σύμπαν, και το καλύτερο μέρος για να αναζητήσετε σκοτεινή ύλη είναι εκεί που αφθονούν περισσότερο. Έτσι, δείξαμε το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble σε δύο από τα πιο ενδιαφέροντα σμήνη γαλαξιών που σχηματίστηκαν όταν το Σύμπαν ήταν το ήμισυ της τρέχουσας εποχής του.
Fraser: Και τι είδες;
Δρ Jee: Εξετάσαμε τη φασματική κατανομή των γαλαξιών στο παρασκήνιο. Εξετάζοντας την παραμόρφωση αυτών των γαλαξιών στο παρασκήνιο, καταφέραμε να προσδιορίσουμε την πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στο προσκήνιο.
Fraser: Επιτρέψτε μου να δω αν το καταλαβαίνω σωστά. Κοιτάζατε μακρινούς γαλαξίες, και βλέποντας τον τρόπο που το φως άλλαζε καθώς έφτανε προς εμάς, καταφέρατε να εντοπίσετε πού υπήρχαν κρυμμένες συστάδες ύλης που την επηρέαζαν βαρυτικά.
Δρ Jee: Ακριβώς. Ίσως αυτή είναι μια καλή αναλογία. Ας υποθέσουμε ότι διαβάζετε ένα άρθρο ειδήσεων χρησιμοποιώντας ένα μεγεθυντικό φακό, μπορείτε να συμπεράνετε τη δύναμη ή το πάχος των φακών εξετάζοντας πόσο πολύ τα γράμματα φαίνονται μεγαλύτερα μέσω του μεγεθυντικού φακού. Ομοίως, αν κοιτάξετε την παραμόρφωση, ή τη μεγέθυνση, των γαλαξιών φόντου, μπορείτε να προσδιορίσετε την πυκνότητα της αόριστης σκοτεινής ύλης στο προσκήνιο.
Fraser: Τότε λοιπόν ποια είναι η σχέση μεταξύ της σκοτεινής ύλης και των γαλαξιών που μπορούμε να δούμε;
Δρ Jee: Είναι το κυρίαρχο θέμα στο Σύμπαν και έχει βαρύτητα. Χωρίς σκοτεινή ύλη, είναι πολύ δύσκολο να σχηματιστούν γαλαξίες με τις δομές μεγάλης κλίμακας που βλέπουμε στο σημερινό Σύμπαν. Οπότε σίγουρα, η σκοτεινή ύλη βοηθά στο σχηματισμό γαλαξιών στη δομή μεγάλης κλίμακας.
Fraser: Είναι δυνατόν, λοιπόν, όπου πάντα συσσωρεύεται η σκοτεινή ύλη, εκεί είναι πιθανό να δούμε γαλαξίες;
Δρ Jee: Ναι, αυτό βασικά βρήκαμε στην έρευνά μας. Οι άνθρωποι έχουν υποθέσει ότι η σκοτεινή ύλη είναι σωματίδια χωρίς σύγκρουση και η σκοτεινή ύλη και η κανονική ύλη πρέπει να υπάρχουν μαζί. Αλλά κανείς δεν μπόρεσε να το προσδιορίσει πολύ καθαρά επειδή η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτό που βρήκαμε χρησιμοποιώντας το Hubble είναι ότι οι φωτεινοί γαλαξίες σχηματίζονται στις πυκνότερες περιοχές αυτών των φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης.
Fraser: Εάν γνωρίζουμε ότι συμβαίνει αυτό το είδος συσσωμάτωσης - οι δύο φαίνεται να συμβαδίζουν - αυτό σας επιτρέπει να απορρίψετε τυχόν υπάρχουσες θεωρίες για το τι μπορεί να είναι αυτή η σκοτεινή ύλη;
Δρ Jee: Ναι, αυτό μας δίνει πολλές ενδείξεις. Οι περισσότεροι άνθρωποι πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι χωρίς σύγκρουση, αλλά ορισμένοι υποδηλώνουν ότι μπορεί να έχουν κάποιες ιδιότητες σύγκρουσης όπως το αέριο υδρογόνο. Ο τρόπος που η σκοτεινή ύλη συγκεντρώνεται μαζί μας δίνει συμβουλές για το τι είναι η σκοτεινή ύλη. Ας υποθέσουμε ότι η σκοτεινή ύλη έχει ιδιότητες σύγκρουσης, όπως το άτομο υδρογόνου, τότε συγκρούονται πολύ συχνά μεταξύ τους και θα δούμε μια πολύ ομαλή κατανομή ενός φωτοστέφανου σκοτεινής ύλης. Αλλά βρήκαμε ότι αυτές οι δομές είναι πολύ αδέξιες, όπως η μάζα ενός ίδιου του γαλαξία. Αυτό δείχνει ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, εάν υπάρχουν, θα είναι σωματίδια χωρίς σύγκρουση, όπως λένε οι περισσότερες θεωρίες στη σημερινή αστρονομία.
Fraser: Βλέπω, έτσι ώστε τα πραγματικά σωματίδια που θα μπορούσαν να προκαλέσουν αυτήν τη σκοτεινή ύλη είτε είναι τόσο μικρά, είτε αλληλεπιδρούν τόσο αδύναμα, ώστε να μην κάνουν καν μαζί. Και αν έπαιρναν μαζί, θα είχατε δει ένα πιο ομοιόμορφο σπρέι διανομής. Έτσι, βάσει των ευρημάτων που έχετε πάρει, ποιο θα ήταν το επόμενο στάδιο της έρευνάς σας;
Δρ Jee: Το πρόγραμμα Advanced Camera for Surveys περιλαμβάνει περισσότερα από 15 σμήνη γαλαξιών που είναι πολύ ενδιαφέροντα. Αυτά είναι μόνο τα πρώτα δύο αποτελέσματα. Πιστεύουμε ότι εάν ολοκληρώσουμε τα 15 γαλαξιακά σμήνη μας για την έρευνα, τότε θα έχουμε μια πιο σαφή εικόνα για το πώς αλληλεπιδρούν η σκοτεινή ύλη και η κανονική ύλη, πιθανώς από τη βαρύτητα μαζί. Και μπορεί να έχουμε μια πιο ξεκάθαρη ιδέα για το πώς συμβάλλει η σκοτεινή ύλη στο σχηματισμό της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος.
Fraser: Και με βάση την έρευνα που έχετε κάνει μέχρι τώρα, έχετε μια θεωρία κατοικίδιων ζώων για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη;
Δρ Jee: Λοιπόν, αν μεταβείτε στον ιστότοπο του Astro-ph, αυτός είναι ο ιστότοπος στον οποίο οι χρήστες ανεβάζουν τα διάφορα ερευνητικά τους έγγραφα και υπάρχουν περίπου 10 ή 15 έγγραφα την ημέρα. Και υπάρχουν πολλές εικασίες σχετικά με αυτό που είναι πολύ ελκυστικές και εύλογες. Αλλά υποθέτω ότι η φύση της σκοτεινής ύλης μπορεί να απαντηθεί σε 10 ή 15 χρόνια από τώρα, αλλά εξακολουθούμε να κάνουμε αναζήτηση. Η έρευνά μας δίνει μια άνευ προηγουμένου ανάλυση της σκοτεινής ύλης που μπορεί να κάνει διάκριση μεταξύ σωματιδίων σύγκρουσης και χωρίς σύγκρουση.
Fraser: Και υπάρχουν άλλα όργανα εκτός από το Hubble που μπορούν να κάνουν αυτό το έργο;
Δρ Jee: Μπορούμε να κάνουμε το βαρυτικό φακό χρησιμοποιώντας τα επίγεια τηλεσκόπια. Στην πραγματικότητα, το 1990 οι άνθρωποι ανίχνευσαν για πρώτη φορά τη σκοτεινή ύλη χρησιμοποιώντας βαρυτικό φακό. Αλλά όταν κάνετε το βαρυτικό φακό χρησιμοποιώντας ένα επίγειο τηλεσκόπιο, η ανάλυση είναι τόσο κακή. Με άλλα λόγια, η ατμοσφαιρική αναταραχή θα λερώσει τον βαρυτικό φακό, ώστε να μην μπορούμε να δούμε μια εικόνα υψηλής ποιότητας της σκοτεινής ύλης. Αλλά αν χρησιμοποιούμε το τηλεσκόπιο στο διάστημα, τότε δεν θολώνει το σχήμα της εικόνας φόντου, ώστε να διατηρείτε το σήμα βαρυτικού φακού. Μπορούμε να βρούμε μια εικόνα υψηλής ανάλυσης της διανομής σκοτεινής ύλης.
Fraser: Και ένα μεγαλύτερο όργανο θα σας έδινε καλύτερη εικόνα.
Δρ Jee: Σίγουρα. Το επόμενο τηλεσκόπιο είναι το JWST (James Webb Space Telescope) θα αυξήσει αποτελεσματικά την ανάλυση της σημασίας της σκοτεινής ύλης κατά ένα συντελεστή 10 ή περισσότερων.
Φρέιζερ. Πιστεύετε ότι θα δείτε κάτι διαφορετικό με την ανάλυση 10x;
Δρ Jee: Το παγκόσμιο σχήμα της διανομής της σκοτεινής ύλης δεν θα αλλάξει πάρα πολύ, αλλά σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να είμαστε σε θέση να συγκρίνουμε τη δομή της σκοτεινής ύλης σε σχέση με τους γαλαξίες. Σε αυτήν την περίπτωση, ενδέχεται να είμαστε σε θέση να απαντήσουμε εάν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης έχουν μερικές παράλληλες ιδιότητες Στην αρχή, είπα ότι αυτό που βρήκα είναι σύμφωνο με την υπόθεση χωρίς σύγκρουση. Ωστόσο, υπήρξαν ορισμένες προτάσεις ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορεί να έχουν κάποιες πολύ μικρές παράλληλες ιδιότητες. Έτσι θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε την αντιστάθμιση μεταξύ της σκοτεινής ύλης και της ύλης γαλαξίας. Αυτό σας δίνει πολλούς πιθανούς περιορισμούς στις παράλληλες διατομές μεταξύ σωματιδίων κανονικής και σκοτεινής ύλης.
Αυτή η έρευνα αναφέρθηκε στο Space Magazine στις 13 Δεκεμβρίου 2005.
