Μυστηριώδης λάμψη στο κέντρο του γαλαξία μας - Οι επιστήμονες υποπτεύονται ενδείξεις σκοτεινής ύλης

Mετά την εκτόξευσή του το 2008, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA ανίχνευσε μια παράξενη, διάχυτη λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία μας. Η έντονη αυτή ακτινοβολία γάμμα συνήθως προέρχεται από εξαιρετικά ενεργά ουράνια σώματα, όπως άστρα που εκρήγνυνται ή περιστρέφονται με τεράστια ταχύτητα.

Από τότε, το φαινόμενο αυτό έχει προκαλέσει έντονο προβληματισμό στην επιστημονική κοινότητα. Κάποιοι αστρονόμοι θεωρούν ότι η πηγή της λάμψης είναι τα περιστρεφόμενα υπολείμματα εκρηγμένων άστρων ενώ άλλοι υποστηρίζουν πως ίσως πρόκειται για συγκρούσεις σωματιδίων σκοτεινής ύλης, μιας αόρατης μορφής ύλης που εκτιμάται ότι είναι πέντε φορές πιο άφθονη από την ορατή.

Πρόσφατα, νέες προσομοιώσεις με τη βοήθεια υπερυπολογιστών δείχνουν για πρώτη φορά ότι οι συγκρούσεις σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να δημιουργούν μια λάμψη με σχήμα εξογκώματος, ένα εύρημα που ενισχύει τη θεωρία της σκοτεινής ύλης.

«Έχουμε δύο πιθανές εξηγήσεις», εξηγεί ο Γιόζεφ Σιλκ, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Τζον Χόπκινς και συν-συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Physical Review Letters. «Η μία περιλαμβάνει τη σκοτεινή ύλη, που φαίνεται να ταιριάζει με τα δεδομένα μας, και η άλλη σχετίζεται με την ύπαρξη παλαιών άστρων. Κατά τη γνώμη μου, υπάρχει περίπου 50% πιθανότητα να πρόκειται για σκοτεινή ύλη».

Η ανακάλυψη άμεσων στοιχείων για τη σκοτεινή ύλη θα ήταν ιστορικής σημασίας. Η θεωρία της ύπαρξής της προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1930 από τον Ελβετό αστρονόμο Φριτς Τσβίκι, ενώ τη δεκαετία του 1970 οι Βέρα Ρούμπιν και Κεντ Φορντ έδωσαν νέες αποδείξεις μελετώντας την κίνηση των άστρων στις άκρες των σπειροειδών γαλαξιών. Τα άστρα αυτά κινούνταν υπερβολικά γρήγορα για να συγκρατούνται μόνο από την ορατή ύλη και τη βαρύτητα, υποδεικνύοντας την ύπαρξη μιας μεγάλης, αόρατης μάζας της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, παρά δεκαετίες ερευνών, κανείς δεν την έχει ανιχνεύσει άμεσα.

«Η φύση της σκοτεινής ύλης αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής», σημειώνει ο Σιλκ. «Είναι παντού γύρω μας κοντά και μακριά και όμως παραμένει άγνωστη».

Οι επιστήμονες έχουν διατυπώσει πολλές θεωρίες για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη, από αρχέγονες μαύρες τρύπες έως άγνωστα υποατομικά σωματίδια. Στο πλαίσιο αυτής της έρευνας, έχει δημιουργηθεί και το Πείραμα Σκοτεινής Ύλης LZ στη Νότια Ντακότα, με σκοπό την ανίχνευση των λεγόμενων Ασθενώς Αλληλεπιδρώντων Σωματιδίων Μάζας (WIMPs), υποθετικών σωματιδίων που δεν αλληλεπιδρούν έντονα με την κανονική ύλη και θεωρείται ότι, όταν συγκρούονται, εξαϋλώνονται εκπέμποντας ακτίνες γάμμα.

Η ομάδα του Σιλκ χρησιμοποίησε υπερυπολογιστές για να χαρτογραφήσει την κατανομή της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία, βασισμένη στη διαδικασία σχηματισμού του. «Για πρώτη φορά προσομοιώσαμε υπολογιστικά τη δομή της σκοτεινής ύλης και είδαμε ότι το κεντρικό της τμήμα έχει σχήμα εξογκωμένου αυγού — κάτι που συμφωνεί απόλυτα με τις παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου Fermi», εξηγεί ο Σιλκ.

Η οριστική επιβεβαίωση της σύνδεσης ανάμεσα στη σκοτεινή ύλη και τη λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία ίσως να μην απέχει πολύ. Το νέο όργανο Cherenkov Telescope Array, που κατασκευάζεται στη Χιλή και την Ισπανία, θα ξεκινήσει να συλλέγει δεδομένα το 2027, προσφέροντας πολύ υψηλότερη ανάλυση από το Fermi. Αυτό θα επιτρέψει στους επιστήμονες να διαπιστώσουν αν πράγματι η μυστηριώδης λάμψη προέρχεται από συγκρούσεις σκοτεινής ύλης.

Αν η υπόθεση επιβεβαιωθεί, θα πρόκειται για ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της σύγχρονης αστροφυσικής, παρέχοντας τις πρώτες άμεσες αποδείξεις ότι τουλάχιστον ένα μέρος της σκοτεινής ύλης αποτελείται από WIMPs. Αν όμως όχι, η αναζήτηση θα ξεκινήσει ξανά από το μηδέν, με όλες τις πιθανές εξηγήσεις να παραμένουν ανοιχτές.