Η ανακάλυψη ενός «σκοτεινού νάνου» θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα στην αποκωδικοποίηση του μυστηρίου της σκοτεινής ύλης

Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη δείχνει ότι οι μυστηριώδεις «σκοτεινοί νάνοι» μπορεί να παρέχουν σημαντικές ενδείξεις, συμβάλλοντας στη διευκρίνιση της αληθινής φύσης της σκοτεινής ύλης - ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας.

Μια προτεινόμενη νέα κατηγορία αστρικών αντικειμένων, που ονομάζονται σκοτεινοί νάνοι, μπορεί να παραμονεύει στο κέντρο του γαλαξία μας. Αυτά τα αμυδρά, χαμηλής μάζας αστέρια μπορεί να τροφοδοτούνται όχι από πυρηνική σύντηξη, αλλά από την εξαΰλωση σωματιδίων σκοτεινής ύλης, κάτι που θα μπορούσε να αποκαλύψει την αόριστη φύση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος. (Καλλιτεχνική ιδέα). Πηγή: SciTechDaily.

Δημοσιεύτηκε στο Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, η ομάδα ερευνητών από το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Χαβάη εισήγαγε την έννοια των σκοτεινών νάνων και περιέγραψε πώς οι άνθρωποι μπορούν να τους ανιχνεύσουν χρησιμοποιώντας υπάρχοντα όργανα, συμπεριλαμβανομένου του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb. Το όνομα «σκοτεινοί νάνοι» δεν οφείλεται στο ότι είναι εγγενώς σκοτεινοί, αλλά στο ότι είναι στενά συνδεδεμένοι με τη σκοτεινή ύλη - μια ύλη που παραμένει στην καρδιά της αστροφυσικής και της κοσμολογίας σήμερα.

«Πιστεύουμε ότι το 25% του σύμπαντος αποτελείται από έναν τύπο ύλης που δεν εκπέμπει φως, γεγονός που την καθιστά αόρατη με γυμνό μάτι και με τηλεσκόπια. Μπορούμε να την ανιχνεύσουμε μόνο μέσω των βαρυτικών της επιδράσεων. Γι' αυτό την ονομάζουμε σκοτεινή ύλη», εξήγησε ο συν-συγγραφέας της μελέτης καθηγητής Τζέρεμι Σακστάιν του Πανεπιστημίου της Χαβάης.

Παρόλο που η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης έχει επιβεβαιωθεί και οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει τη συμπεριφορά της, η πραγματική της φύση παραμένει ένα μυστήριο. Τα τελευταία 50 χρόνια, έχουν προταθεί πολλές υποθέσεις, αλλά καμία δεν έχει υποστηριχθεί από ισχυρά πειραματικά δεδομένα. Μελέτες όπως αυτή στοχεύουν να παρέχουν πρακτικές μεθόδους για να πλησιάσουμε περισσότερο σε μια τελική απάντηση.

Μεταξύ των κορυφαίων υποψηφίων για σκοτεινή ύλη είναι τα Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μαζική Μάζα (WIMPs) – σωματίδια με εξαιρετικά μεγάλες μάζες που αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την συνηθισμένη ύλη. Διέρχονται από τα πάντα σχεδόν απαρατήρητα, δεν εκπέμπουν φως, δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις και επομένως δεν αντανακλούν το φως και παραμένουν αόρατα. Τα WIMPs μπορούν να ανιχνευθούν μόνο έμμεσα μέσω της βαρυτικής τους επιρροής. Αυτός είναι επίσης ο τύπος σκοτεινής ύλης που είναι απαραίτητος για την ύπαρξη των σκοτεινών νάνων.

Εικόνα ενός μαύρου νάνου. Πηγή: Εικόνα που δημιουργήθηκε από το προσωπικό του Sissa Medialab χρησιμοποιώντας το Adobe Illustrator

«Η σκοτεινή ύλη μπορεί να αλληλεπιδράσει βαρυτικά, επομένως παγιδεύεται από τα αστέρια και συσσωρεύεται στο εσωτερικό τους. Όταν συμβαίνει αυτό, μπορεί να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό της και να εξαϋλωθεί, απελευθερώνοντας ενέργεια που θερμαίνει το αστέρι», εξηγεί ο Sakstein.

Τα κανονικά αστέρια, όπως ο Ήλιος, λάμπουν μέσω πυρηνικής σύντηξης στους πυρήνες τους, όταν έχουν αρκετή μάζα ώστε η βαρύτητα να συμπιέσει την ύλη σε σημείο που να πυροδοτεί αντιδράσεις μεταξύ των ατομικών πυρήνων, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας που βλέπουμε ως φως. Οι σκοτεινοί νάνοι, από την άλλη πλευρά, λάμπουν επίσης, αλλά όχι μέσω πυρηνικής σύντηξης.

«Οι σκοτεινοί νάνοι είναι πολύ μικροί, μόνο περίπου το 8% της μάζας του Ήλιου», είπε ο Σακστάιν. Τέτοιες χαμηλές μάζες δεν είναι αρκετές για να ξεκινήσουν αντιδράσεις σύντηξης. Έτσι, αυτά τα αντικείμενα, αν και είναι κοινά στο σύμπαν, συνήθως εκπέμπουν μόνο μια αμυδρή λάμψη από την ενέργεια που παράγεται από τη μικρή βαρυτική τους κατάρρευση και ονομάζονται καφέ νάνοι.

Ωστόσο, όταν υπάρχουν σε περιοχές πλούσιες σε σκοτεινή ύλη, όπως το κέντρο του Γαλαξία μας, οι καφέ νάνοι μπορούν να μετατραπούν σε άλλες μορφές. «Αυτά τα αντικείμενα συλλέγουν σκοτεινή ύλη, καθιστώντας τα σκοτεινούς νάνους», τόνισε ο Σακστάιν. «Όσο περισσότερη σκοτεινή ύλη υπάρχει γύρω τους, τόσο περισσότερη συλλέγουν. Και όσο περισσότερη σκοτεινή ύλη συσσωρεύουν, τόσο περισσότερη ενέργεια μπορούν να παράγουν από την εξαφάνισή τους».

Αλλά όλες αυτές οι θεωρίες ισχύουν μόνο για έναν συγκεκριμένο τύπο σκοτεινής ύλης. «Για να υπάρχουν σκοτεινοί νάνοι, η σκοτεινή ύλη πρέπει να αποτελείται από WIMPs ή από οποιαδήποτε ογκώδη σωματίδια που μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους για να δημιουργήσουν ορατή ύλη», είπε ο Sakstein. Άλλες θεωρίες, όπως τα αξιόνια, τα στείρα νετρίνα ή τα αμυδρά υπερελαφρά σωματίδια, είναι πολύ ελαφριά για να παράγουν το επιθυμητό αποτέλεσμα. Μόνο τα ογκώδη σωματίδια που μπορούν να αλληλεπιδράσουν και να εξαϋλωθούν σε ορατή ενέργεια θα παρείχαν αρκετή ενέργεια για τους σκοτεινούς νάνους.

Αλλά για να είναι έγκυρη αυτή η υπόθεση, χρειάζεται μια συγκεκριμένη μέθοδος για την αναγνώριση των σκοτεινών νάνων. Έτσι, ο Sakstein και οι συνάδελφοί του προτείνουν μια υπογραφή: το Λίθιο-7. Αυτό είναι ένα στοιχείο που καίγεται πολύ γρήγορα σε κανονικά αστέρια και εξαφανίζεται γρήγορα. «Αν βρείτε ένα αντικείμενο που μοιάζει με σκοτεινό νάνο, μπορείτε να ελέγξετε για ίχνη Λιθίου-7. Αν είναι ακόμα εκεί, δεν μπορεί να είναι καφέ νάνος ή κάτι τέτοιο», εξηγεί ο Sakstein.

Σύγχρονα όργανα όπως το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb πιστεύεται ότι είναι σε θέση να ανιχνεύσουν εξαιρετικά ψυχρά αντικείμενα όπως οι σκοτεινοί νάνοι. Ο Sakstein προτείνει μια διαφορετική προσέγγιση: «Μια άλλη επιλογή είναι να εξετάσουμε ολόκληρο τον πληθυσμό και στη συνέχεια να ρωτήσουμε στατιστικά εάν θα πρέπει να συμπεριληφθεί ένας επιπλέον πληθυσμός σκοτεινών νάνων για να τον χαρακτηρίσουμε καλύτερα».

Αν οι επιστήμονες εντοπίσουν έναν ή περισσότερους σκοτεινούς νάνους τα επόμενα χρόνια, θα είναι αυτό αρκετό για να υποστηρίξει την υπόθεση ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από WIMPs; «Αρκετά έντονα», απάντησε ο Sakstein. «Με τους υποψηφίους για ελαφριά σκοτεινή ύλη, όπως τα αξιόνια, δεν νομίζω ότι θα βρούμε κάτι που να μοιάζει με σκοτεινό νάνο. Δεν συσσωρεύονται μέσα στα αστέρια. Αν βρούμε σκοτεινούς νάνους, θα ήταν ισχυρή απόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη είναι ογκώδης και αλληλεπιδρά έντονα με τον εαυτό της, αλλά μόνο ασθενώς με το καθιερωμένο μοντέλο. Αυτό περιλαμβάνει τα WIMPs και ορισμένα άλλα εξωτικά μοντέλα».

Ωστόσο, σημείωσε επίσης ότι η ανακάλυψη σκοτεινών νάνων δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η σκοτεινή ύλη είναι ένα WIMP, αλλά θα μπορούσε να είναι ένα WIMP ή κάποια άλλη μορφή ύλης που συμπεριφέρεται πολύ παρόμοια με ένα WIMP.

Εάν επιβεβαιωθεί αυτή η υπόθεση, θα ανοίξει νέες ερευνητικές κατευθύνσεις, ρίχνοντας ενδεχομένως φως σε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος.

Λα Κε (Σύμφωνα με την SciTech Daily)

Πηγή: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203