Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της Αστροφυσικής λύθηκε, καθώς η «χαμένη» ύλη του σύμπαντος εντοπίστηκε στα απέραντα κενά ανάμεσα στους γαλαξίες.
- Μια ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια πρωτοποριακή μέθοδο για τον εντοπισμό αυτής της χαμένης γαλαξιακής ύλης, συνδυάζοντας την ανίχνευση σύντομων εκλάμψεων ραδιοκυμάτων (FRBs) με μετρήσεις των θέσεων των γαλαξιών.
- Βίαια αστροφυσικά φαινόμενα, όπως οι πίδακες μαύρων τρυπών και οι εκρήξεις άστρων, εκτόξευσαν την ύλη μακριά από τους γαλαξίες. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι αυτά τα φαινόμενα είναι πολύ πιο ενεργοβόρα και ισχυρά από ό,τι πιστευόταν.
Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της Αστροφυσικής, που βασάνιζε τους επιστήμονες για δεκαετίες, φαίνεται πως επιτέλους λύθηκε. Παρόλο που γνωρίζουμε πόση κανονική ύλη θα έπρεπε να υπάρχει στο Σύμπαν, ένα τεράστιο μέρος της παρέμενε άφαντο, δημιουργώντας ένα δυσεπίλυτο κοσμολογικό αίνιγμα.
Τώρα, μια πρωτοποριακή μελέτη έρχεται να ανατρέψει τα δεδομένα, εντοπίζοντας αυτή τη «χαμένη» ύλη εκεί που κανείς δεν μπορούσε να τη δει εύκολα: στα απέραντα κενά ανάμεσα στους γαλαξίες.
Οι επιστήμονες εντόπισαν τη μέχρι πρότινος χαμένη γαλαξιακή ύλη να «κρύβεται» στα τεράστια κενά του διαστήματος ανάμεσα στους γαλαξίες.
Για δεκαετίες, οι ερευνητές αδυνατούσαν να λύσουν ένα χρόνιο αίνιγμα: γιατί βλέπουμε πολύ λιγότερη κανονική ύλη στους γαλαξίες από όση θα έπρεπε.
Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων από την κοινοπραξία CHIME/FRB, με επικεφαλής ερευνητές του MIT, ανέπτυξε μια πρωτοποριακή μέθοδο για τον εντοπισμό αυτής της χαμένης γαλαξιακής ύλης, συνδυάζοντας την ανίχνευση σύντομων εκλάμψεων ραδιοκυμάτων (FRBs) με μετρήσεις των θέσεων των γαλαξιών.
Αυτή η μέθοδος, η οποία δημοσιεύθηκε στις 21 Ιουλίου στο περιοδικό Physical Review Letters, αποκάλυψε τεράστιες ποσότητες μέχρι πρότινος αόρατης ύλης στον χώρο ανάμεσα στους γαλαξίες, η οποία προήλθε από το εσωτερικό των ίδιων των γαλαξιών.
Παράλληλα, έφερε στο φως τα αίτια της αποβολής αυτής της γαλαξιακής ύλης:
Βίαια αστροφυσικά φαινόμενα στο εσωτερικό των γαλαξιών, όπως οι πίδακες μαύρων τρυπών και οι εκρήξεις άστρων (σουπερνόβα). Αυτό το εύρημα, με τη σειρά του, υποδηλώνει ότι αυτά τα φαινόμενα είναι πολύ πιο ενεργοβόρα και ισχυρά από ό,τι πιστευόταν μέχρι σήμερα.
Αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), οι φυσικοί υπολογίζουν ότι περίπου το 17% του σύμπαντος αποτελούνταν από «κανονική» ύλη —την παρατηρήσιμη ύλη από την οποία αποτελούμαστε εμείς, οι πλανήτες, τα άστρα και οι γαλαξίες.
Το υπόλοιπο 83% ήταν σκοτεινή ύλη, ένα μυστήριο συστατικό του σύμπαντος που ασκεί βαρυτική επίδραση στα αντικείμενα γύρω του, αλλά δεν αλληλεπιδρά με το φως, με αποτέλεσμα να παραμένει ελάχιστα κατανοητό.
Το σήμα από τα βάθη του χρόνου που έλυσε το αίνιγμα
Οι επιστήμονες, επομένως, αναμένουν να δουν μια παρόμοια αναλογία κανονικής ύλης στο παρατηρήσιμο σύμπαν σήμερα.
Ωστόσο, η συνολική ποσότητα της κανονικής ύλης στο εσωτερικό των γαλαξιών ανέρχεται μόλις στο ένα δέκατο από αυτό που αναμένεται να υπάρχει στο σύμπαν.
Εδώ και καιρό υπήρχε η θεωρία ότι, εάν η χαμένη ύλη βρίσκεται πράγματι στο σύμπαν, πιθανότατα κρύβεται στον απέραντο χώρο ανάμεσα στους γαλαξίες.
Ωστόσο, αν αυτό ίσχυε, η χαμένη ύλη θα ήταν τόσο αραιά διασκορπισμένη στο κενό διάστημα, που ο εντοπισμός της θα ήταν εξαιρετικά δύσκολος.
Τώρα, η ομάδα του CHIME/FRB πρωτοπορεί στην αναζήτηση της χαμένης ύλης μελετώντας τις εκλάμψεις FRB.
Οι εκλάμψεις αυτές, που ανακαλύφθηκαν το 2007, είναι απίστευτα φωτεινές λάμψεις ραδιοκυμάτων με διάρκεια μόλις μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου, οι οποίες πιστεύεται ότι παράγονται από μερικά από τα πιο ενεργοβόρα φαινόμενα στο σύμπαν.
Φτάνουν στη Γη από μακρινούς γαλαξίες δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά και φέρουν το «αποτύπωμα» της ύλης από την οποία πέρασαν για να φτάσουν εδώ — λειτουργώντας σαν κοσμικές ακτινογραφίες.
«Αυτό που καθιστά τις εκλάμψεις FRB ιδανικές για την ανίχνευση της χαμένης ύλης είναι ότι διαθέτουν μια ιδιαίτερη ιδιότητα», δήλωσε ο συντάκτης της μελέτης Χάοτσεν Γουάνγκ (Haochen Wang), μεταπτυχιακός φοιτητής στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής και Διαστημικής Έρευνας Kavli του MIT. «Ξεκινούν ως μια πολύ γρήγορη λάμψη και, καθώς περνούν μέσα από την ύλη, “απλώνονται” χρονικά.
Μπορούμε να μετρήσουμε αυτό το άπλωμα με μεγάλη ακρίβεια, το οποίο είναι άμεσα ανάλογο με την ποσότητα της χαμένης ύλης από την οποία πέρασε η έκλαμψη FRB».
«Διασκορπισμένα» σήματα
Συνδυάζοντας δεδομένα τόσο από το Πείραμα Χαρτογράφησης Έντασης Υδρογόνου του Καναδά (CHIME) όσο και από το Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (DESI), η ομάδα συσχέτισε τον βαθμό του χρονικού απλώματος από χιλιάδες καταγεγραμμένα σήματα FRB με τις τοποθεσίες εκατομμυρίων γαλαξιών σε όλο το σύμπαν.
Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να προσδιορίσουν εάν οι εκλάμψεις FRB «απλώθηκαν» από ύλη στο εσωτερικό των γαλαξιών κατά το ταξίδι τους προς τη Γη, ή αν η πορεία τους πέρασε μέσα από το διάστημα ανάμεσα στους γαλαξίες, γεγονός που θα οφειλόταν στην ύλη που βρίσκεται εκεί.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέχρι πρότινος μη ανιχνεύσιμη ύλη βρισκόταν πράγματι εκτός των γαλαξιών και ότι σχημάτιζε ευρέως διασκορπισμένα σύννεφα, τα οποία εκτείνονταν πολύ πιο μακριά από ό,τι είχε προβλεφθεί στο παρελθόν.
Τα ευρήματα αυτά στηρίζουν τις υποθέσεις ότι εξαιρετικά ενεργοβόρες διεργασίες, όπως οι πίδακες μαύρων τρυπών και οι εκρήξεις άστρων στο εσωτερικό των γαλαξιών, ωθούν την ύλη πέρα από τα γαλαξιακά όρια.
Παράλληλα, όμως, υποδηλώνουν ότι η ενέργεια αυτών των βίαιων γεγονότων πρέπει να είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι θεωρούνταν αρχικά, ώστε να μπορεί να την εκτοξεύσει τόσο μακριά.
«Ένας γαλαξίας έχει διάμετρο ίσως μερικές εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός, και εμείς εντοπίσαμε τη χαμένη ύλη σε απόσταση έως και 4 εκατομμυρίων ετών φωτός», δήλωσε ο συντάκτης της μελέτης Κιγιόσι Μασούι (Kiyoshi Masui), αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής στο MIT. «Αυτό είναι αρκετά πιο μακριά από ό,τι προβλέπουν οι προσομοιώσεις».
«Αυτές οι μετρήσεις υποδηλώνουν ότι η αστρική δραστηριότητα, καθώς και η δραστηριότητα των μαύρων τρυπών, είναι ισχυρότερη και πολύ πιο βίαιη από ό,τι είχε προβλεφθεί», πρόσθεσε ο ίδιος.
Τώρα που τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαίωσαν ότι οι εκλάμψεις FRB μπορούν όντως να χρησιμοποιηθούν για την αναζήτηση της χαμένης ύλης, η ομάδα αναμένει ότι η μέθοδος και τα ευρήματά της θα βελτιωθούν στο μέλλον, δεδομένου μάλιστα ότι το CHIME συνεχίζει να ανιχνεύει όλο και περισσότερα τέτοια σήματα.
“Καταφέραμε να το κάνουμε να λειτουργήσει για πρώτη φορά”, δήλωσε ο Μασούι, “και θα το κάνουμε να λειτουργήσει με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια καθώς τα δεδομένα θα βελτιώνονται”.