Η σκοτεινή ύλη, η μυστηριώδης αόρατη μάζα που θεωρείται ότι αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν, συνεχίζει να διαφεύγει από τους επιστήμονες.
Παρόλο που υπάρχουν πολλές έμμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή της – όπως οι καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών, τα γαλαξιακά στέμματα και οι βαρυτικοί φακοί – ο άμεσος εντοπισμός της και η ταυτοποίηση των σωματιδίων που τη συγκροτούν παραμένουν άπιαστο στόχοι. Παρόλα αυτά, η «ψυχρή» σκοτεινή ύλη (Cold Dark Matter – CDM) αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του Καθιερωμένου Μοντέλου της Κοσμολογίας (μοντέλο ΛCDM).
Σε μια πρόσφατη μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή Hai-Bo Yu από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ρίβερσαϊντ (UC Riverside), προτείνεται ένας νέος τύπος σκοτεινής ύλης που μπορεί να εξηγήσει τρία αστροφυσικά μυστήρια σε εντελώς διαφορετικά πεδία.
Η μελέτη εισηγείται ότι οι πυκνές συσσωρεύσεις αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης (Self-Interacting Dark Matter – SIDM) μπορούν να δικαιολογήσουν τις βαρυτικές επιδράσεις που παρατηρούνται σε βαρυτικούς φακούς, αστρικά ρεύματα και δορυφορικούς γαλαξίες.
Η διαφορά ανάμεσα στην ψυχρή και την αυτο-αλληλεπιδρώσα σκοτεινή ύλη
Ενώ η κλασική ψυχρή σκοτεινή ύλη θεωρείται «χωρίς συγκρούσεις» (collisionless), που σημαίνει ότι τα σωματίδιά της περνούν το ένα μέσα από το άλλο χωρίς να αλληλεπιδρούν, η SIDM αποτελείται από σωματίδια που συγκρούονται και ανταλλάσσουν ενέργεια.
Σύμφωνα με τον Yu, ο οποίος είναι επίσης αναπληρωτής διευθυντής του Κέντρου Πειραματικής Κοσμολογίας και Οργανολογίας (CECI), αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να οδηγήσουν σε «βαρυτοθερμική κατάρρευση» (gravothermal collapse). Κατά το φαινόμενο αυτό, τα σωματίδια σχηματίζουν εξαιρετικά πυκνούς, συμπαγείς πυρήνες με μάζα ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική μάζα του Ήλιου.
Η διαφορά μοιάζει με ένα πλήθος ανθρώπων που αγνοούν ο ένας τον άλλον, σε αντίθεση με ένα πλήθος όπου όλοι πέφτουν συνεχώς πάνω στους διπλανούς τους. Στην περίπτωση της SIDM, αυτές οι συγκρούσεις μπορούν να αναδιαμορφώσουν δραματικά την εσωτερική δομή των στεμμάτων της σκοτεινής ύλης, αυξάνοντας την πυκνότητά τους σε βαθμό που να εξηγεί τις αστρονομικές παρατηρήσεις.
Τα τρία κοσμικά φαινόμενα που ερμηνεύει το νέο μοντέλο
Η θεωρία της SIDM καταφέρνει να δώσει ταυτόχρονη απάντηση σε τρία διαφορετικά παρατηρησιακά φαινόμενα:
Το σύστημα βαρυτικού φακού JVAS B1938+666
Πρόκειται για ένα σύστημα που αποτελείται από έναν γαλαξία σε πρώτο πλάνο, σε απόσταση 6,5 έως 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, και έναν μακρινό γαλαξία στο υπόβαθρο που εμφανίζεται ως δακτύλιος του Αϊνστάιν (Einstein Ring). Το σύστημα αυτό φιλοξενεί ένα εξαιρετικά πυκνό αντικείμενο που δυσκολεύει τις τρέχουσες ερμηνείες.
Το αστρικό ρεύμα GD-1
Μια κινούμενη ομάδα αρχαίων αστέρων με χαμηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα, η οποία παρουσιάζει αρκετά κενά στη δομή της, καθώς και ένα χαρακτηριστικό «εξόγκωμα» (spur) όπου ένα τμήμα του ρεύματος αποκόπτεται από το κύριο σώμα. Αυτά τα χαρακτηριστικά υποδηλώνουν ότι το αστρικό ρεύμα διαταράχθηκε από τη βαρυτική έλξη ενός άλλου αντικειμένου, πιθανότατα μιας συγκέντρωσης SIDM.
Το σφαιρωτό σμήνος Fornax 6
Βρίσκεται στον νάνο γαλαξία του Καμίνου (Fornax), ο οποίος αποτελεί δορυφόρο του Γαλαξία μας. Σε αντίθεση με τα υπόλοιπα σμήνη του συγκεκριμένου γαλαξία, το Fornax 6 είναι πιο πλούσιο σε μέταλλα και επομένως νεότερης ηλικίας (περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών).
Επιπλέον, ο αριθμός των έξι σφαιρωτών σμηνών είναι ασυνήθιστα υψηλός για έναν νάνο γαλαξία αυτού του μεγέθους. Μια πυκνή συσσώρευση αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να εξηγήσει πώς τα διερχόμενα αστέρια παρασύρθηκαν σε τόσο κλειστούς σχηματισμούς.
Το εντυπωσιακό με τη συγκεκριμένη ανακάλυψη είναι ότι ο ίδιος φυσικός μηχανισμός λειτουργεί αποτελεσματικά σε τρία εντελώς διαφορετικά περιβάλλοντα – στο μακρινό σύμπαν, μέσα στον δικό μας γαλαξία, αλλά και σε έναν γειτονικό δορυφορικό γαλαξία. Όλες αυτές οι περιοχές εμφανίζουν πυκνότητες που είναι δύσκολο να συμβιβαστούν με το καθιερωμένο μοντέλο της ψυχρής σκοτεινής ύλης, αλλά προκύπτουν με φυσικό τρόπο μέσα από το πλαίσιο της SIDM.
