Μια νέα εκδοχή της σκοτεινής ύλης, η οποία αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, ίσως δώσει λύσεις σε τρεις διαφορετικούς κοσμικούς γρίφους, σύμφωνα με νέα έρευνα.
Ο πρώτος αφορά έναν υπέρπυκνο σβώλο ύλης στο σύστημα JVAS B1938+666, που έχει εντοπιστεί μέσω βαρυτικού φακού — μια ορατή παραμόρφωση λόγω ενός φαινομένου της γενικής σχετικότητας. Ο δεύτερος σχετίζεται με ένα ορατό «ουλώδες» ίχνος στο ρεύμα άστρων GD-1, που μοιάζει σαν ένα πυκνό, αόρατο αντικείμενο να το διέσχισε. Τρίτον, παραμένει αινιγματικός ο σχηματισμός του ασυνήθιστου σμήνους Fornax 6 στον δορυφόρο γαλαξία Fornax του Γαλαξία μας, κάτι που θα μπορούσε να έχει συμβεί αν μια πυκνή συσσωμάτωση σκοτεινής ύλης λειτούργησε ως βαρυτική «παγίδα» για διερχόμενα άστρα.
Η νέα μελέτη υποστηρίζει ότι αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, όλα αυτά τα φαινόμενα μπορούν να εξηγηθούν. «Αυτό που εντυπωσιάζει είναι ότι ο ίδιος μηχανισμός λειτουργεί σε τρία τελείως διαφορετικά περιβάλλοντα — στο μακρινό σύμπαν, μέσα στον Γαλαξία μας και σε έναν γειτονικό δορυφόρο γαλαξία», είπε σε δήλωσή του ο Hai-Bo Yu του University of California, Riverside και του Center for Experimental Cosmology and Instrumentation. «Όλα δείχνουν πυκνότητες που δύσκολα συμβιβάζονται με τη σκοτεινή ύλη του καθιερωμένου μοντέλου, αλλά προκύπτουν φυσικά στην αυτο-αλληλεπιδρώσα σκοτεινή ύλη».
Τι σημαίνει όμως «αλληλεπιδρά με τον εαυτό της» και γιατί αυτό διαφέρει από την «τυπική» εικόνα της σκοτεινής ύλης;
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 85% της ύλης στο σύμπαν, υπερτερώντας της συνηθισμένης ύλης — που απαρτίζει άστρα, πλανήτες, φεγγάρια και εμάς — περίπου με αναλογία πέντε προς ένα. Είναι σαφές ότι δεν αποτελείται από πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια των ατόμων, επειδή αυτά αλληλεπιδρούν με το φως (ακριβέστερα, με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία), ενώ η σκοτεινή ύλη όχι.
Έτσι, η σκοτεινή ύλη είναι πρακτικά αόρατη και ανιχνεύεται μόνο μέσω της βαρύτητάς της και των έμμεσων επιδράσεων που έχει στην ορατή ύλη και στο φως. Το καλύτερο κοσμολογικό πλαίσιο που διαθέτουμε σήμερα είναι το καθιερωμένο μοντέλο κοσμολογίας, γνωστό ως Λάμδα-ψυχρή σκοτεινή ύλη (ΛCDM). Σε αυτό, η σκοτεινή ύλη είναι «ψυχρή»: τα σωματίδιά της κινούνται αργά και δεν συγκρούονται όταν συναντώνται, αλλά διαπερνούν το ένα το άλλο χωρίς αλληλεπίδραση.
Σε αντίθεση με αυτό, τα σωματίδια της αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης μπορούν να συγκρούονται μεταξύ τους, ανταλλάσσοντας ενέργεια και ορμή. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορεί να οδηγήσουν σε «βαρυθερμική κατάρρευση», σχηματίζοντας πυκνούς, συμπαγείς πυρήνες σκοτεινής ύλης.
«Η διαφορά είναι σαν ένα πλήθος ανθρώπων που αγνοούν ο ένας τον άλλον σε σύγκριση με ένα όπου όλοι σκοντάφτουν διαρκώς μεταξύ τους», είπε ο Yu. «Στην αυτο-αλληλεπιδρώσα σκοτεινή ύλη, αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να αναμορφώσουν ριζικά την εσωτερική δομή των άλω σκοτεινής ύλης». Όπως πρόσθεσε: «Η σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά με τον εαυτό της μπορεί να γίνει αρκετά πυκνή ώστε να εξηγήσει αυτές τις παρατηρήσεις».
Με λίγα λόγια, το σενάριο της αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης επιτρέπει τη δημιουργία πυκνών πυρήνων με μορφολογία που μπορεί να εξηγήσει τον υπέρπυκνο σβώλο στο JVAS B1938+666 και το «ουλώδες» ίχνος του GD-1 — κάτι που η μη αλληλεπιδρώσα σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να αποδώσει ικανοποιητικά.
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 9 Απριλίου στο περιοδικό Physical Review Letters.
