Που είναι το υπόλοιπο Σύμπαν?

Που είναι το υπόλοιπο Σύμπαν?

Οι επιστήμονες που προσπαθούν να δημιουργήσουν μια λεπτομερή απογραφή όλης της ύλης και της ενέργειας στον κόσμο αντιμετωπίζουν ένα περίεργο πρόβλημα - η συντριπτική πλειονότητά του λείπει.

«Την ονομάζω σκοτεινή πλευρά του σύμπαντος», είπε ο Μάικλ Τέρνερ, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, αναφερόμενος στα μεγάλα μυστήρια της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.

Στην πραγματικότητα, μόνο το 4 τοις εκατό της ύλης και της ενέργειας στο σύμπαν έχει βρεθεί. Το άλλο 96 τοις εκατό παραμένει άπιαστο, αλλά οι επιστήμονες ψάχνουν στο πιο μακρινό σημείο του διαστήματος και στα βαθύτερα βάθη της Γης για να λύσουν τα δύο σκοτεινά αινίγματα.

Η περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν "E=mc²" περιγράφει την ενέργεια και την ύλη (ή τη μάζα) ως ένα και το αυτό - οι χάρτες του σύμπαντος αναφέρονται στον συνδυασμό ενέργειας-ύλης ως ενεργειακή πυκνότητα, για συντομία. Το πρόβλημα με την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, που θεωρείται ότι αποτελεί το 22 τοις εκατό της πίτας μάζας/ενέργειας του σύμπαντος, είναι ότι το φως δεν αλληλοεπιδρά μαζί της.

Αλλά ασκεί βαρυτική έλξη.

Τα αρχικά στοιχεία για τη μυστηριώδη ύλη ανακαλύφθηκαν πριν από 75 χρόνια, όταν οι αστροφυσικοί παρατήρησαν μια ανωμαλία σε ένα συνοθύλευμα γαλαξιών: το γαλαξιακό σμήνος είχε εκατοντάδες φορές περισσότερη βαρυτική έλξη από ό,τι θα έπρεπε, υπερβαίνοντας κατά πολύ την ορατή μάζα των άστρων του.

«Μπορούμε να προβλέψουμε τις κινήσεις του ήλιου και των πλανητών με μεγάλη ακρίβεια, αλλά όταν μετράμε μακρινά πράγματα βλέπουμε ανωμαλίες», δήλωσε ο Scott Dodelson, αστροφυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi στο Ιλινόις. «Η σκοτεινή ύλη είναι αυτή τη στιγμή η καλύτερη δυνατή λύση, παρόλο που δεν έχουμε δει ποτέ τίποτα από αυτήν».

Ένα άλλο χαρακτηριστικό της σκοτεινής ύλης είναι ο βαρυτικός φακός, παρόμοιος με την επίδραση του φωτός που περνά μέσα από ένα κομμάτι γυαλισμένο γυαλί. Ογκώδη αντικείμενα όπως ο ήλιος μπορούν να κάμψουν το φως, αλλά κολοσσιαία σύννεφα σκοτεινής ύλης δημιουργούν «φυσαλίδες» στον κόσμο που μεγεθύνουν, παραμορφώνουν και αναπαράγουν το φως των γαλαξιών ή των αστεριών πίσω τους.

Ο βαρυτικός φακός εξέθεσε πρόσφατα στοιχεία της αόρατης μάζας στο σμήνος Bullet καθώς και σε έναν δακτύλιο γύρω από ένα σμήνος γαλαξιών που συγκρούονται που ονομάζεται ZwCl0024+1652.

Κυνήγι σωματιδίων

Παρά τα φανταστικά στοιχεία, κομμάτια σκοτεινής ύλης δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί από τους ερευνητές. «Μέχρι να ανακαλύψουμε πραγματικά σωματίδια, δεν είμαστε ακόμα σπίτι», είπε ο Ντόντελσον.

Οι φυσικοί των σωματιδίων έχουν ανιχνεύσει νετρίνα, τα οποία είναι εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια που ξεχύνονται από τον ήλιο και δύσκολα αλληλεπιδρούν στη συνηθισμένη ύλη, αλλά ο Turner είπε ότι αποτελούν ένα εξαιρετικά μικρό κλάσμα της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν.

«Συλλάβαμε ένα από τα μέλη της συμμορίας, αλλά όχι τον αρχηγό της συμμορίας», είπε ο Τέρνερ για τα νετρίνα. Πιστεύει ότι ο ηγέτης είναι στην πραγματικότητα ένα WIMP: ένα ασθενώς διαδραστικό, τεράστιο σωματίδιο. Δυστυχώς, τα WIMPS είναι απλώς μια θεωρία μέχρι στιγμής.

Η σκέψη είναι ότι τα WIMP είναι πολύ βαριά, αλλά όπως τα νετρίνα σπάνια προσκρούουν στην ύλη για να παράγουν ένα ανιχνεύσιμο σήμα. Αλλά η ιδέα ότι τα WIMPS - όπως τα θεωρητικά σωματίδια axion ή ουτεραλίνο - μπορούν να προσκρούσουν καθόλου στην ορατή ύλη δίνει στους επιστήμονες ελπίδα.

"Αυτή είναι μια ιστορία που μπορεί σύντομα να φτάσει στο τέλος της", είπε ο Turner, σημειώνοντας ότι η αναζήτηση της κρυογενικής σκοτεινής ύλης στο ορυχείο Soudan της Μινεσότα και άλλα πειράματα κάτω από το έδαφος θα πρέπει να είναι αρκετά ευαίσθητα για να ανιχνεύσουν ένα WIMP.

Η αντιβαρύτητα

Ίσως το μεγαλύτερο μυστήριο από όλα είναι ο μεγάλος ξάδερφος της σκοτεινής ύλης, η σκοτεινή ενέργεια.

Η αόρατη δύναμη πιστεύεται ότι είναι μια μεγάλης κλίμακας «αντιβαρύτητα», που σπρώχνει γαλαξιακά σμήνη και προκαλεί την ανεξήγητη, επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Ο Turner πιστεύει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι το μεγαλύτερο μυστήριο όλων - και κυριολεκτικά, αφού οι φυσικοί προβλέπουν ότι αποτελεί το 74 τοις εκατό της ενεργειακής πυκνότητας στο σύμπαν.

«Μέχρι στιγμής, το μεγαλύτερο επίτευγμα με τη σκοτεινή ενέργεια είναι να της δώσεις ένα όνομα», είπε ο Τέρνερ για τη άπιαστη δύναμη. «Είμαστε πραγματικά στην αρχή αυτού του παζλ».

Ο Τέρνερ περιέγραψε τη σκοτεινή ενέργεια ως «πραγματικά περίεργα πράγματα», που καλύτερα θεωρείται ως ανελαστική, απωθητική βαρύτητα που δεν μπορεί να διασπαστεί σε σωματίδια. «Ξέρουμε τι κάνει, αλλά δεν ξέρουμε τι είναι», είπε ο Turner.

Ενώ οι αστροφυσικοί κοιτάζουν βαθιά στο διάστημα για να συγκεντρώσουν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα αποτελέσματα της σκοτεινής ενέργειας, ο Τέρνερ σημείωσε ότι οι θεωρητικοί φυσικοί εστιάζουν σε αυτό που εξηγεί πώς λειτουργεί πραγματικά η δύναμη. Και σε αυτό το σημείο, αστειεύτηκε, η εξήγηση οποιουδήποτε φυσικού για τη σκοτεινή ενέργεια είναι μάλλον αρκετά καλή για να ληφθεί υπόψη.

«Είμαστε σε αυτό το πολύ πρώιμο στάδιο, στον τόπο του εγκλήματος της ύπαρξης της σκοτεινής ενέργειας, αν θέλετε», είπε ο Turner. «Είναι μια άκρως δημιουργική περίοδος και τώρα είναι η ώρα για νέες ιδέες».