Μπορεί να ψυχθεί η σκοτεινή ύλη; A Way to Cool Dark Matter

Ένα νέο θεωρητικό μοντέλο «σκοτεινού ηλεκτρομαγνητισμού» εισάγει ένα φορτίο για την σκοτεινή ύλη, το οποίο θα της επέτρεπε να εκπέμπει ενέργεια και να καταρρέει βαρυτικά σε συμπαγή αντικείμενα, όπως σκοτεινά άστρα ή σκοτεινοί γαλαξίες. A new model introduces a charge for dark matter, which would allow it to radiate energy and form compact objects such as dark stars or dark galaxies. Credit: ESO/L. Calçada

Μια αρκετά διαδεδομένη άποψη είναι ότι η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να ψυχθεί εκπέμποντας ενέργεια. Αν μπορούσε, τότε θα μπορούσε να συσσωρεύεται σχηματίζοντας συμπαγή αντικείμενα με τον ίδιο τρόπο που η γνωστή μας βαρυονική ύλη σχηματίζει πλανήτες, άστρα και γαλαξίες. Οι παρατηρήσεις μέχρι σήμερα δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη δεν κάνει κάτι τέτοιο, αλλά μια αόρατη «άλως» σκοτεινής ύλης περιβάλλει τους γαλαξίες και τους συγκρατεί σε μια σταθερή κατάσταση.

Αλλά τι θα συνέβαινε αν οι γαλαξίες περιέχουν συμπυκνώματα σκοτεινής ύλης, που απλά δεν τα εντοπίσαμε ακόμα; Οι Matthew Buckley και Anthony DiFranzo, από το Πανεπιστήμιο του Rutgers, προτείνουν ένα νέο μοντέλο για τη σκοτεινή ύλη σύμφωνα με το οποίο μπορεί να ψύχεται. Ενώ το μοντέλο τους επιτρέπει το μεγαλύτερο μέρος της σκοτεινής ύλης να κατανέμεται στην γαλαξιακή άλω, προβλέπει επίσης χιλιάδες υποδομές της σκοτεινής ύλης να κατανέμονται σε όλο τον γαλαξία.

This image shows the galaxy cluster Abell 1689, with the mass distribution of the dark matter in the gravitational lens overlaid (in purple). The mass in this lens is made up partly of normal (baryonic) matter and partly of dark matter. Distorted galaxies are clearly visible around the edges of the gravitational lens. The appearance of these distorted galaxies depends on the distribution of matter in the lens and on the relative geometry of the lens and the distant galaxies, as well as on the effect of dark energy on the geometry of the Universe. Credit: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) and J-P. Kneib (LAM)

Η ψύξη της βαρυονικής ύλης που οδήγησε στον σχηματισμό των κοσμικών δομών οφειλόταν κυρίως σε αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων. Αν η σκοτεινή ύλη συνίσταται από σωματίδια που διαθέτουν ανάλογο φορτίο, πιθανόν να μπορούσε να ψυχθεί. Οι Buckley και DiFranzo δημιούργησαν ένα μοντέλο σύμφωνα με το οποίο η σκοτεινή ύλη συνίσταται από δυο τύπους φορτισμένων σωματιδίων – το αντίστοιχο των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων – και δείχνουν ότι τα σωματίδια αυτά μπορούν να ακτινοβολήσουν ενέργεια. Κι άλλοι ερευνητές υπέθεσαν ότι η σκοτεινή ύλη ψύχεται, αλλά δεν ήταν σε θέση να εξηγήσουν γιατί η γαλαξιακή άλως δεν καταρρέει. Το νέο μοντέλο παρακάμπτει αυτό το πρόβλημα: πάνω από μια κρίσιμη μάζα της σκοτεινής ύλης που περιέχεται σε έναν γαλαξία, η ψύξη παρεμποδίζεται και η σκοτεινή ύλη παραμένει στην άλω. Για τιμές μικρότερες της κρίσιμης μάζας, μια αρκετά πυκνή ποσότητα της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να καταρρεύσει βαρυτικά σχηματίζοντας ένα συμπαγές αντικείμενο.

Οι ερευνητές δεν προβλέπουν τι είδους αντικείμενα θα μπορούσαν να είναι αυτά ή πως θα μπορούσαν να τα εντοπίσουν οι αστρονόμοι. Εκτιμούν ότι ανάλογα με συγκεκριμένες τιμές των παραμέτρων του μοντέλου αυτά τα αντικείμενα θα μπορούσαν να συγκριθούν ως προς την μάζα τους με υπερμεγέθη άστρα έως και γαλαξίες νάνους.

Πηγές: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.120.051102 - physicsgg