H σκοτεινή ύλη από διαφορετική οπτική γωνία. Reinterpreting dark matter

This figure is a comparison of the radial density profiles of the galaxies which the researchers have created by displaying the soliton in the centre of each galaxy with a halo surrounding it. The solitons are broader but have less mass in the smaller galaxies.

H σκοτεινή ύλη θεωρείται ότι συνίσταται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν διαμέσου της ασθενούς και της βαρυτικής δύναμης. Το γεγονός ότι δεν αλληλεπιδρούν διαμέσου της ισχυρής δύναμης και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης (κυρίως) κάνει τον εντοπισμό τους πολύ δύσκολο. Πάντως τα σωματίδια αυτά, που ονομάζονται WIMPs (Week Interacting Massive Particles), θεωρούνται υποθετικά αφού δεν έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα.

Οι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν τον όρο ψυχρή σκοτεινή ύλη για να χαρακτηρίσουν την σκοτεινή ύλη που αποτελείται από σωματίδια που κινούνται με ταχύτητες πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός, σε αντίθεση με την θερμή σκοτεινή ύλη που απαρτίζεται από σωματίδια με σχετικιστικές ταχύτητες. Η ψυχρή σκοτεινή ύλη χρησιμοποιείται για την ερμηνεία σχηματισμού των γαλαξιακών ή μικρότερων κοσμικών δομών.

Για να εξηγήσουμε το παρατηρούμενο σύμπαν πρέπει να δεχθούμε ότι συνίσταται περίπου 25% από σκοτεινή ύλη, 70% από σκοτεινή ενέργεια και 5% από τη γνωστή μας ύλη.

Δεδομένου όμως ότι η ανίχνευση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης δεν έχει γίνει μέχρι σήμερα, οι φυσικοί Hsi-Yu Schive, Tzihong Chiueh και Tom Broadhurst επιχειρούν να επιβεβαιώσουν μια διαφορετική ερμηνεία της σκοτεινής ύλης με τις κοσμολογικές προσομοιώσεις που πραγματοποιούν στην μελέτη τους με τίτλο: Cosmic Structure as the Quantum Interference of a Coherent Dark Wave, Hsi-Yu Schive, Tzihong Chiueh & Tom Broadhurst, η οποία δημοσιεύθηκε πριν από μερικές μέρες στο περιοδικό Nature.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της εργασίας η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να ιδωθεί ως ένα υπερ-ψυχρό κβαντικό ρευστό που διέπει τον σχηματισμό των δομών ολόκληρου του σύμπαντος, όπως πρότειναν κάποια θεωρητικά μοντέλα στο παρελθόν [π.χ ΕΔΩ και ΕΔΩ].

Σ’ αυτή την επανερμηνεία της ψυχρής σκοτεινής ύλης, προτείνονται νέες απαντήσεις σχετικά με τον σχηματισμό των γαλαξιών και των δομών του σύμπαντος. Οι προβλέψεις της νέας θεώρησης βρίσκονται σε συμφωνία με πρόσφατες παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble.

Βασιζόμενοι στις προσομοιώσεις σχηματισμού γαλαξιών, όπως αναφέρει ο Broadhurst, ένας από τους συγγραφείς της εργασίας, επανεξέτασαν την ψυχρή σκοτεινή ύλη ως ένα συμπύκνωμα Bose – Einstein.

(a) This figure shows that a comparison of the distribution of matter is very similar on a large scale between wave dark matter, the focus of this research, and the usual dark matter particle. (b) This figure shows that in galaxies the structure is very different in the interpretation of the wave, which has been carried out in this research; the research predicts the soliton of dark matter in the centre surrounded by an extensive halo of dark matter in the form of large "spots", which are the slowly fluctuating density waves. This leads to many predictions and solves the problem of puzzling cores in smaller galaxies.

Έτσι, πολύ ελαφρά μποζόνια που σχηματίζουν το συμπύκνωμα μοιράζονται την ίδια κυματοσυνάρτηση, και σχηματίζονται δομές σε αστρονομικές κλίμακες με την μορφή κυμάτων επίσης μεγάλης κλίμακας. Αυτή η θεωρία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αποδειχθεί ότι όλοι οι γαλαξίες σ’ αυτό το πλαίσιο θα έπρεπε να έχουν στο κέντρο τους τεράστια στάσιμα κύματα σκοτεινής ύλης, που ονομάζονται σολιτόνια, τα οποία θα μπορούσαν να ερμηνεύσουν τους αινιγματικούς πυρήνες των νάνων γαλαξιών.

Επίσης, η θεωρία αυτή προβλέπει ότι οι γαλαξίες σχηματίζονται σχετικά αργά, σε σύγκριση με την θεώρηση του προτύπου των σωματιδίων ψυχρής σκοτεινής ύλης. Και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως οι προβλέψεις της νέας θεώρησης συμφωνούν με τις πρόσφατες παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, ανοίγοντας έτσι τη δυνατότητα να ιδωθεί η σκοτεινή ύλη ως ένα πολύ ψυχρό κβαντικό ρευστό που διαμορφώνει τον σχηματισμό των δομών ολόκληρου του σύμπαντος.