Η απώλεια σκοτεινής ύλης «κλειδί» στην εξήγηση της εξέλιξης του σύμπαντος. Russian physicists measure the loss of dark matter since the birth of the universe

The discrepancy between the cosmological parameters in the modern Universe and the Universe shortly after the Big Bang can be explained by the fact that the proportion of dark matter has decreased. The authors of the study could calculate how much dark matter could have been lost and what the corresponding size of the unstable component would be. Researchers may explore how quickly this unstable part decays and say if dark matter is still disintegrating. Credit: MIPT

Η εξαφάνιση σκοτεινής ύλης ίσως έπαιξε καταλυτικό ρόλο στην εξέλιξη του σύμπαντος και το γεγονός ότι οι ιδιότητές του σήμερα διαφέρουν σημαντικά από τον «νεογέννητο» κόσμο που προέκυψε με τη Μεγάλη Έκρηξη. Σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξαν Ρώσοι επιστήμονες, οι οποίοι βρήκαν πως η σκοτεινή ύλη έχει μειωθεί κατά 2-5% από την εποχή δημιουργίας του σύμπαντος.

Η ομάδα αποτελείται από φυσικούς από το Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας, το Ινστιτούτο Πυρηνικών Ερευνών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Νοβοσιμπίρσκ. Όπως αναφέρουν σε άρθρο τους που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review D, η απώλεια «εξωτικής» ύλης θα μπορούσε να εξηγήσει τον τρόπο που «ενηλικιώθηκε» το σύμπαν.

«Η ασυμφωνία διάφορων κοσμολογικών παραμέτρων, που παρατηρείται ανάμεσα στη σημερινή κατάσταση του σύμπαντος και στις ιδιότητές του λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μπορεί να εξηγείται από το γεγονός ότι έχει ελαττωθεί η ποσότητα σκοτεινής ύλης», σημειώνει ο Ίγκορ Τκάτσεφ από το Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας στην ιστοσελίδα του ρωσικού ιδρύματος. «Για πρώτη φορά, καταφέραμε να υπολογίσουμε πόση ποσότητα σκοτεινής ύλης μπορεί να έχει εξαφανισθεί, όπως και το ποσοστό στο οποίο αναλογεί αυτή η απώλεια», προσθέτει.

Η υπόθεση για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης χρονολογείται από τη δεκαετία του 1930, όταν οι επιστήμονες διαπίστωσαν ανωμαλίες στην κίνηση κοσμικών δομών όπως οι γαλαξίες. Οι ανωμαλίες αυτές δεν μπορούσαν να εξηγηθούν από τη βαρύτητα που ασκεί η συμβατική ύλη.

Έτσι, πρότειναν πως υπάρχει και ένας ακόμη τύπος ύλης στο σύμπαν, η οποία δεν έχει ανιχνευθεί από τα τηλεσκόπια επειδή ούτε εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως για παράδειγμα φως. Γι’ αυτό και την ονόμασαν σκοτεινή ύλη.

Με βάση τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα, η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 26,8 της ύλης-ενέργειας του σύμπαντος. Επομένως, είναι πολλαπλάσια από τη συμβατική ύλη, το ποσοστό της οποίας δεν ξεπερνά το 4,9%.

Παρά τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, αυτή η «εξωτική» ύλη δεν έχει ανιχνευθεί ακόμη, με συνέπεια η φύση της να παραμείνει γρίφος για τους επιστήμονες. Ωστόσο, αυτό δεν είναι το μοναδικό κοσμικό μυστήριο που εξακολουθεί να παραμένει αναπάντητο: μελετώντας την «ηχώ» της Μεγάλης Έκρηξης, δηλαδή τη Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CBM), οι επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα πως βασικές παράμετροι, όπως ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος, έχουν μεταβληθεί στα περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια της ύπαρξής του.

«Οι αποκλίσεις είναι σημαντικά μεγαλύτερες από το περιθώριο λάθους», λέει ο Τκάτσεφ. «Επομένως, είτε υπεισέρχεται κάποιο λάθος που δεν γνωρίζουμε, είτε η σύσταση του “αρχέγονου” σύμπαντος ήταν διαφορετική από τη σημερινή».

The concentration of the unstable component of dark matter F against the speed of expansion of non-gravitationally bound objects (proportional to the age of the Universe) when examining various combinations of Planck data for several different cosmological phenomena. Credit: MIPT

Μία από τις θεωρίες που έχουν προταθεί για την εξήγηση των αποκλίσεων είναι ότι η σκοτεινή ύλη μειώνεται σταδιακά στο σύμπαν. Έτσι, οι Ρώσοι ερευνητές μελέτησαν αυτή την υπόθεση, αντιπαραβάλλοντας τα δεδομένα της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου με δύο κοσμολογικά μοντέλα, όπου το πρώτο προβλέπει πως η σκοτεινή ύλη παραμένει σταθερή, ενώ το δεύτερο ότι μειώνεται σταθερά.

Η ομάδα βρήκε πως οι αστρονομικές παρατηρήσεις συμφωνούν περισσότερο με την υπόθεση ελάττωσης της «εξωτικής» ύλης. Συνδυάζοντας στη συνέχεια αυτό το μοντέλο με άλλα κοσμολογικά φαινόμενα, προσδιόρισαν πως η μείωση κυμάνθηκε από 2 έως 5%.

Όπως αναφέρουν, πάντως, ο τρόπος ανάλυσής τους δεν μπορεί να δώσει καμία απάντηση για τον ρυθμό μείωσης της σκοτεινής ύλης, ούτε για τον αν συνεχίζει να εξαφανίζεται ακόμη.

Πηγή: scienmag.com

Σε τρεις με έξι μήνες εκκολάπτονταν τα δεινοσαυράκια. How long did it take to hatch a dinosaur egg? Study says 3-6 months

Μεγάλο χρονικό διάστημα απαιτούσε τελικά η επώαση των γιγάντιων αβγών όπως αποκαλύπτουν οι επιστήμονες. A photo of a hatchling Protoceratops andrewsi fossil from the Gobi Desert Ukhaa Tolgod, Mongolia. Credit: © AMNH/M. Ellison

Ένας άνθρωπος κυοφορεί επί εννέα μήνες, ενώ ένα νεογνό στρουθοκαμήλου ξεμυτίζει από το αβγό μετά από 42 μέρες. Ο χρόνος που χρειαζόταν ένα δεινοσαυράκι για να βγει από το αβγό του, αποτελούσε έως τώρα ένα από τα αινίγματα της επιστήμης. Σύμφωνα όμως με μια νέα επιστημονική έρευνα, την πρώτη του είδους της, τα αβγά των δεινοσαύρων - ανάλογα με το είδος του δεινοσαύρου - χρειάζονταν τρεις έως έξι μήνες για να εκκολαφθούν.

Gregory Erickson is a professor of biological science at Florida State University. Credit: FSU

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή βιολογικών επιστημών Γρέγκορι Έρικσον του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Φλόριντα, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), πιστεύουν ότι επιτέλους έριξαν φως στην πολύπλοκη εμβρυολογία των δεινοσαύρων.

Ένας δεινόσαυρος γεννιέται...

Researchers examined a fossilized embryo of the dinosaur Hypacrosaurus. Credit: Darla Zelinitsky

Έως σήμερα, οι επιστήμονες αναρωτιούνταν αν τα αβγά των δεινοσαύρων επωάζονταν αργά όπως των κροκοδείλων, των σαυρών και άλλων ερπετών (από μερικές εβδομάδες έως πολλούς μήνες) ή πιο γρήγορα όπως των πουλιών (που κλωσούν τα αβγά τους επί 11 έως 85 μέρες).

Με δεδομένο ότι τα αβγά των δεινοσαύρων ήταν πολύ μεγάλα (μερικά ζύγιζαν πάνω από τέσσερα κιλά και είχαν το μέγεθος μιας μπάλας του βόλεϊ), οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι μάλλον εκκολάπτονταν γρήγορα όπως των σημερινών πουλιών, τα οποία πιθανώς κληρονόμησαν αυτό το χαρακτηριστικό από τους προγόνους τους, τους δεινόσαυρους.

Οι ερευνητές εξέτασαν ορισμένα σπάνια απολιθώματα εμβρύων δεινοσαύρων, που βρέθηκαν στην έρημο Γκόμπι της Μογγολίας και ανήκουν στη συλλογή του Αμερικανικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας. Με τη βοήθεια σύγχρονων τεχνολογιών, όπως τομογραφίες, ισχυρά μικροσκόπια κ.ά., οι ειδικοί κατάφεραν να εξετάσουν την οδοντοστοιχία των εμβρύων. 

Daily growth lines in the dentine of an embryonic tooth of Hypacrosaurus. Credit: © G.M. Erickson

Η ανάπτυξη των δοντιών μπορεί να «προδώσει» πόσο καιρό ένα έμβρυο δεινοσαύρου μεγάλωνε μέσα σε ένα αβγό, με παρόμοιο τρόπο που οι διαδοχικοί δακτύλιοι κατά την ανάπτυξη των δέντρων επιτρέπουν την χρονολόγησή τους. Η ετυμηγορία είναι ότι η εκκόλαψη διαρκούσε ένα τρίμηνο έως ένα εξάμηνο, σαφώς περισσότερο χρόνο από ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες έως τώρα.

Η παρατεταμένη επώαση ασφαλώς θα εξέθετε τους γονείς δεινόσαυρους και τα αβγά τους σε κινδύνους από διάφορους θηρευτές, καθώς επίσης σε άλλους περιβαλλοντικούς κινδύνους. Επίσης, σύμφωνα με τους ερευνητές, με δεδομένο ότι οι θερμόαιμοι δεινόσαυροι αναπτύσσονταν αργά και χρειάζονταν πάνω από ένα έτος για να ωριμάσουν, αυτό μπορεί να συνέβαλε τελικά στην εξαφάνισή τους.

Προς το παρόν πάντως, παραμένει άγνωστο αν σε όλα ανεξαιρέτως τα είδη δεινοσαύρων (π.χ. και στον τρομερό Τυραννόσαυρο) τα μωρά τους αργούσαν να βγουν από το αβγό.

Πηγή: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1613716114